[发明专利]一种仿毛虫蠕动管道爬行机器人及控制方法

说明书

本发明涉及一种仿毛虫蠕动管道爬行机器人及控制方法。该机器人包括夹持模块、位移模块、蠕动关节和一个转动关节；其中，夹持模块通过锥齿轮传动机构把电机的转矩传递到丝杆上，从而使得丝母滑块沿丝杆方向移动，通过剪式机构通过杠杆原理夹紧力大和夹紧时往前收缩的特点，实现手爪在管外的夹紧和在管内的支撑；位移模块分别与蠕动关节刚性相连，位移模块通过两个气缸伸长距离不同和电机带动主动连板转动的组合运动，使夹持模块在平面内灵活转动；然后通过两手爪的交替夹持运动和伸缩关节电缸的往复直线运动，使机器人沿管道蠕动爬行。本发明环境适应能力强，具有管内爬行和管外爬行的两种工作模式，可广泛应用于多种管道的复杂环境的探测工作。

技术领域

本发明属于仿生机器人领域，设计一种用于兼顾管道外和管道内蠕动爬行的仿毛虫蠕动的管道爬行机器人及爬行方法。

背景技术

管道广泛应用于石油、化工、天然气、建筑等多个领域，加强在役管道的定期维护、检测是管道安全运营的重要措施。目前，管道检测多采用人工执行，而管道多位于高空、下水道等特殊环境下，因此检测过程难、检测效率低，且具有一定危险。仿生管道机器人能够携带检测设备从而替代人工进入特殊环境，对管道进行更全面、有效的检测。

我国今年来针对上述问题展开了诸多研究,中国发明专CN201110100766.3申请公开了一种管道内蠕动的机器人，其包括行走单元、电机固定架、滚子和波纹管；行走单元包括硬质橡胶、保护罩、直线电机、电机次级和连杆，硬质橡胶通过连杆与电机次级相连，电机次级还与直线电机相连，保护罩位于电机次级的外面；所述的行走单元有两个，两个行走单元通过各自的直线电机相连、且连接处位于电机固定架里，波纹管位于直线电机的外面、保护罩与电机固定架之间，电机固定架和保护罩上均安装滚子。该发明结构简单，成本低廉，能在管道内稳定运行。然而其机械结构无法应对管道内障碍物，并且只能应用于一定直径管道，所以其使用范围小、难以应对复杂管道环境。

中国发明专利CN200510130338申请公开了一种石油管道超声波检测机器人，其采用从动式结构，轮式载体，由机身、行驶机构和检测装置组成，检测装置是超声波探头，安装在机器人的机身前端，机器人尾部有一橡胶圆盘，机身由两个圆柱体构成，其前后部由万向节构成。该发明能耗低，结构简单，能满足管道检测需求。但是其只能检测单个管道，无法跨管道检测，无法通过一定角度的管道。

综上所述，管道爬行机器人无论是管道外还是管道内都有显著成效。但是能够同时用于管道内和管道外，适应多种管道环境的机器人，就需要研制新的机械爬行结构。如何设计高效和检测全面的管道爬行机器人是当下管道爬行机器人的研究方向和发展趋势。

发明内容

本发明针对现有管道机器人所存在的技术问题，提出了一种仿毛虫蠕动的管道爬行机器人。该机器人通过剪式机构通过杠杆原理夹紧力大和夹紧时往前收缩的特点和蠕动原理实现了再管道内和管道外的爬行，并且通过气缸和电机的组合运动使机器人能够越过障碍、通过一定角度的管道和跨越一定距离管道，以面对多种复杂环境和管道检测要求。

本发现的上述技术问题主要通过下属技术方案得以解决：

一种仿毛虫蠕动管道爬行机器人，其特征在于，包括至少两组运动机构，每组运动机构结构相同，两组运动机构通过旋转机构连接；每组运动机构包括夹持模块，使夹持模块实现平面运动的位移模块，使机器人直线运动的两个蠕动关节，旋转机构两端连接两个蠕动关节；所述的连接夹持模块的移动模块通过两个气缸和一个主动滑块与夹持模块相连，使夹持模块能进行两个自由度的平面运动；所述旋转机构，通过带动两个电缸大小连板旋转，使机器人具有一个俯仰自由度；

蠕动关节由电缸构成，电缸轴与固定板通过螺纹紧固连接，固定板穿过位移连接杆的两端点孔，连接杆通过螺纹连接固定在位移模块上，通过电缸轴的伸缩运动使机器人实现蠕动；