[发明专利]一种地下钻进机器人

说明书

本发明公开了一种地下钻进机器人，包括锥形螺旋挤扩钻头、主驱动电机、壳体、摆转机构、周转机构和推进机构，所述壳体为直圆筒形，包括壳体筒、隔板和尾端板，隔板和尾端板分别固定设于壳体筒中部和尾部；所述锥形螺旋挤扩钻头设于壳体前端，锥形螺旋挤扩钻头与主驱动电机的轴相连，所述主驱动电机固定于摆转机构上，通过摆转机构锥形螺旋挤扩钻头在旋转时可以有一定幅度摆动，所述摆转机构的驱动部分固定设于周转机构上，周转机构的驱动部分固定于隔板上，通过周转机构的带动可实现摆转机构相对于壳体筒的周向旋转，所述推进机构设于壳体筒内尾端，用于推动整个装置前进。本发明控制简单，转向灵活，设备稳定可靠，具备较大推广应用价值。

技术领域

本发明属于地下钻孔机器人领域。涉及在地下成孔前进，转向灵活，驱动少，成孔干净，能源清洁的微型隧道机器人，具体涉及一种地下钻进机器人。

背景技术

随着城市的发展，地下管道的建设与完善成为了迫切需要，尤其是微型隧道的挖掘，使得地下钻进机器人的开发获得了广泛关注。微型隧道不同于大型隧道，其开挖要求机器人具有智能程度高，可操作性强，转向灵活的特点。

地下钻进机器人按工作方式可分为仿生式和非仿生式两种。仿生式地下钻进机器人参考地下拱洞动物的运动方式，具有转向灵活的优点，但其驱动往往较多，控制难度高；非仿生式又可分为冲击矛式，钻土式两种。冲击矛式具有钻进效率高的优点，但其功耗大，钻进长度往往受限于驱动装置，且转向较难；钻土式机器人不仅工作效率高，能耗低，且转向灵活，极具研究价值。

目前比较有代表性的机器人有：美国航空航天局研制的一种自推进式地下钻进机器人，由两个体节构成，两端各安装一个钻头，能灵活转向，在工作结束后能原路返回，但其工作步序多，控制要求高；日本宇宙科学研究所设计的螺旋式钻进机器人，实现了地下的钻孔前进，但转向困难；西北工业大学开发的仿蚯蚓拱泥机器人，头部为绞土钻头，连接三个体节，能实现轴向伸缩和径向扩张，但行进速度较慢，效率较低。

发明内容

为解决现有地下钻进机器人存在的不足，通过总结已有各类地下钻进机器人的结构，工作原理，提供了一种转型灵活，控制简单，可操作性强的地下钻进机器人。

本发明采用的技术方案是：

一种地下钻进机器人，其特征在于：包括锥形螺旋挤扩钻头、主驱动电机、壳体、摆转机构、周转机构和推进机构。所述壳体为直圆筒形，壳体包括壳体筒、隔板和尾端板，隔板和尾端板分别固定设于壳体筒中部和尾部；所述锥形螺旋挤扩钻头设于壳体前端，锥形螺旋挤扩钻头与主驱动电机的轴相连，所述主驱动电机固定于摆转机构上，通过摆转机构锥形螺旋挤扩钻头在旋转时可以有一定幅度摆动，所述摆转机构的驱动部分固定设于周转机构上，周转机构的驱动部分固定于隔板上，通过周转机构的带动可实现摆转机构相对于壳体筒的周向旋转，所述推进机构设于壳体筒内尾端，用于推动整个装置前进。

作为改进，所述摆转机构包括摆筒和摆转电机，所述主驱动电机固定于摆筒内底部，摆筒外底部设有半齿轮，所述摆转电机的输出轴上设有与半齿轮咬合的小齿轮，摆筒外侧设有与周转机构相配合的半圆键，通过半圆键，摆筒可相对于周转机构摆动而不能相对其旋转。

作为改进，所述周转机构包括转筒和周转电机，所述转筒可自由转动的设于壳体筒内前端，转筒内壁上设有与摆筒上的半圆键相配合的半圆键槽，转筒内后端设有内齿圈，所述周转电机固定设于隔板上，周转电机的输出轴端设有与内齿圈咬合的传动齿轮，转筒末端还设有棘轮，壳体筒内壁上设有与棘轮相配合的棘爪，通过棘轮和棘爪的配合使得转筒相对于壳体筒只能单向旋转。

作为改进，所述棘爪有3-5个，多个棘爪沿棘轮的周向均匀分布。