[发明专利]电磁楔型微小管道机器人

说明书

技术领域

本发明涉及微小管道机器人领域，尤其涉及电磁楔形微小管道机器人。

背景技术

在微管道内作业存在着很大的困难和危险，微小管道机器人为之提供了一种有效的技术途径。目前，微小管道机器人主要应用于核电站、热电站、化工、制冷等行业存在的众多细小管道以及各种复杂动力系统管道的检测。众多国家对微小管道机器人的发展都非常重视，纷纷投入资金和时间对该类机器人技术展开了研究，并且已取得了一定研究成果。日本DENSO CORP公司的研究实验室开发了一种叠层压电执行器微型机器人，该机器人由四部分组成：60um厚的薄板金属纺锤形基体、两个涡流传感器检测管壁缺陷、运动机构(运动机构包括三个U形弹簧夹紧单元弹性贴紧管壁、一个叠层压电执行器和一个质量块)和散热片，机器人直径仅为5.5mm，适用于8mm管径的直管或弯管，移动速度10mm/s。上海大学精密机械研究所对两种压电执行器机器人进行了研究，其中叠层压电执行器机器人可适于10mm管径水平或竖直管道管内作业，前进速度2.19mm/s，后退速度2.48mm/s，尺寸为9.8×22mm，具有0～90度的爬坡能力；双压电晶片执行器机器人，适于20mm管径水平、竖直或弯曲管道内检测，竖直管内上下速度分别为4～6mm/s，17～22mm/s。

目前微小管道机器人的行进方式主要有轮式直进、轮式螺旋推进和蠕动式，无论采用其中任何一种方式，微小管道机器人行走机构与管道壁之间的摩擦力均为某一固定值，而微小管道机器人的牵引力小于该摩擦力，于是欲提高牵引力必须相应地增大摩擦力，但是在实际应用中却希望能获得较大的牵引力的同时拥有较小的摩擦阻力。另外，目前具有双向运动功能的微小管道机器人在牵引力性能方面都不是很理想，例如2005年浙江大学研制的基于钹形压电复合驱动的微小管内机器人前进与后退运动均运行平稳，但最大牵引力仅有15mN。最后，目前在微小管道机器人领域，机器人模块之间主要是通过万向节或球铰连接的，这种传统的连接方式在很多程度上限制了机器人在小管径管道或大曲率弯管内的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、负载能力高、可作双向运动、管径变化适应能力强的电磁楔形微小管道机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种电磁楔形微小管道机器人，包括伸缩机构和两件支承机构，所述伸缩机构的两端分别与一支承机构相连，所述支承机构包括纺锤形基体、永磁铁楔形滑块和两个线圈载体，所述纺锤形基体由中间线圈载体和位于中间线圈载体两端的锥形部分构成，各线圈载体与一锥形部分连接，线圈载体和中间线圈载体上均绕设有电磁铁线圈，锥形部分沿圆周方向均匀开设有至少两条导向滑槽，所述导向滑槽的底部相对于锥形部分的中轴线倾斜布置，各导向滑槽内均装设一件永磁铁楔形滑块。

所述纺锤形基体上两段锥形部分的锥形角为α，锥形部分与永磁铁楔形滑块之间的摩擦角为ψ₁，永磁铁楔形滑块与微小管道内壁之间的摩擦角为ψ₂，α＜ψ₂-ψ₁。

所述伸缩机构与各支承机构的线圈载体通过弹簧连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的电磁楔形微小管道机器人，用电磁铁线圈控制永磁铁楔形滑块的轴向位置，在永磁铁楔形滑块产生轴向位移的同时通过纺锤形基体中锥形部分改变永磁铁楔形滑块的径向位置，使永磁铁楔形滑块相对于管道内壁张开或收紧，当永磁铁楔形滑块处于张开状态时，可以与管道内壁形成自锁，为管道机器人获得足够大的牵引力提供支持，当永磁铁楔形滑块处于收紧状态时，不与管道内壁接触，为管道机器人在管道内的移动提供有利条件，由于永磁铁楔形滑块可与管道内壁形成自锁，于是管道机器人与管道内壁的静摩擦力将随着负载的增大而增大，使得管道机器人的负载能力不再受限于某一固定大小的摩擦力，可在大负载的情况下仍然保持高速运动；通过永磁铁楔形滑块、电磁铁线圈和伸缩机构之间的配合可以实现机器人在管道中的双向行走和行走换向，并可以在紧急情况下从任一方向快速安全退出；永磁铁可在燕尾槽内滑动，根据管径或拐弯半径的变化滑移至燕尾槽内的不同位置，使得管道机器人对管径和方向变化具有较强的适应性；伸缩机构与支承机构通过弹簧连接，能够传递伸缩机构的运动，并降低了对伸缩机构启动力矩的要求，起到缓冲冲击的作用，同时还增强了管道机器人的柔顺性，使得管道机器人可以通过大曲率和变管径管道。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的支承机构的结构示意图；

图3是本发明的纺锤形基体的结构示意图；