[发明专利]半闭合振动式微型管道机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种半闭合振动式微型管道机器人，该系统基于超磁致伸缩材料电磁参数与机械参数间能够实现精确转换的特点，当激励电源向激励线圈通以一定频率的交流功率时，超磁致伸缩材料将在激励线圈的磁场中以两倍于磁场的变化频率发生伸长和缩短变化，从而在爬行管道中借助爬行足与管壁的摩擦力不断的向前爬行。本发明可改变磁场变化的频率以调节微型管道机器人单位时间内做功的次数从而控制爬行速度，同时半闭合磁路的设计可以使磁场集中的同时降低机器人整体重量，具有结构简单、工作稳定、操作灵活和速度可控的特点。

背景技术

磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者相反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，机械能转换为电能。工程上利用该特性实现电能与机械能之间的相互转换。微型管道机器人具有惯性小、谐振频率高、响应时间短、集约高技术成果和附加值高等特点，在核工业、航空航天和军事各方面应用前景广阔。采用超磁致伸缩材料作为机器人的致动器件可以大幅简化设计过程、降低体积和重量、提高工作效率。

本发明主要利用超磁致伸缩材料自身可实现电磁能与机械能高效相互转换的特点，当激励电源向激励线圈通以一定频率的交流功率时，超磁致伸缩材料将在激励线圈的磁场中以两倍于磁场的变化频率发生伸长和缩短变化，从而在爬行管道中借助爬行足与管壁的摩擦力不断的向前爬行，具有结构简单、工作稳定、操作灵活和速度可控的特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，通过改变磁场变化的频率以调节微型管道机器人单位时间内做功的次数从而控制爬行速度，同时采用半闭合磁路的形式一方面增大磁场强度，另一方面降低机器人整体重量，从而提高系统的整体性能。

本发明所采用的技术方案是：半闭合振动式微型管道机器人，包括有：激励电源(1)；激励线圈(2)；超磁致伸缩棒(3)；联接块(4)；爬行足(5)；爬行管道(6)。

所述的激励电源(1)为输出功率可调的自激振荡线性放大电源，在晶闸管V_T获得直流电压后，经过限压保护模块加载到C₁与C₂及L_S组成的选频网络两端，并由反馈回路连接至晶闸管基极。当激励电源(1)工作时，其输出频率由选频网络的电容与电感综合决定，波形为单一频率三角函数波形。

所述的激励线圈(2)是由线径较细的无氧铜漆包线密绕在线圈骨架上形成的空心电感线圈，其等效电感量为L_S，当激励电源(1)正常工作时，自激振荡的功率加载到L_S上，并在电感中央形成一定强度的交变磁场。密绕的漆包线能够保证所形成的磁场均匀稳定，为超磁致伸缩棒(3)的正常工作提供条件。

所述的超磁致伸缩棒(3)由超磁致伸缩材料根据实际工作环境要求加工而成，其横截面为圆形，同时要求材料具有一定的抗拉、抗压强度。联接块(4)分前后两部分，固定于超磁致伸缩棒(3)首尾两端，将超磁致伸缩棒(3)与爬行足(5)紧密的粘接起来，起到机械固定的作用。

所述的爬行足(5)由高导磁率铁磁材料加工成薄膜片状，一方面由于导磁率较高，可以起到疏导漏磁通的作用，使超磁致伸缩棒(3)的工作磁场强度提高；另一方面爬行足(5)加工成薄膜片状，当超磁致伸缩棒(3)发生伸长形变时，连带爬行足(5)发生剪应变使机器人在轴向方向上有所增长从而与爬行管道(6)发生摩擦，当超磁致伸缩棒(3)发生缩短形变时，爬行足(5)摩擦力的倾角式机器人自顶向前运动，当超磁致伸缩棒(3)的形变反复出现时，机器人可实现向前行走。

本发明的半闭合振动式微型管道机器人，利用超磁致伸缩材料自身可实现电磁能与机械能高效相互转换的特点，当激励电源向激励线圈通以一定频率的交流功率时，超磁致伸缩材料将在激励线圈的磁场中以两倍于磁场的变化频率发生伸长和缩短变化，从而在爬行管道中借助爬行足与管壁的摩擦力不断的向前爬行。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理图；

图2是激励电源(1)时电路原理图；

图3是超磁致伸缩棒处于半闭合磁路中的纵截面视图；

图4是超磁致伸缩棒发生伸长形变的示意图；

图5是超磁致伸缩棒发生缩短形变的示意图；

其中：

(1)：激励电源；(2)：激励线圈；(3)：超磁致伸缩棒；(4)：联接块；(5)：爬行足；(6)：爬行管道。