[发明专利]一种仿生管道爬行机器人

说明书

本发明公开了一种仿生管道爬行机器人，该机器人由2个基本伸缩模块组成。每一个基本伸缩模块由与管壁接触的支撑结构和三自由度并联结构组成，三自由度机构分别连接动平台和静平台。基本伸缩模块之间通过弹簧柔性连接。本发明从模拟尺蠖、蚯蚓爬行的步态特征出发，开发一种在管道中爬行的仿生机器人。将该机器人作为载台搭载各类设备，可实现对管道内部探伤，定期巡检，疏通管道等功能，为管道内部腐蚀、裂纹、磨损、堵塞等问题提供解决方案，从而有效监测管道腐蚀、裂纹、磨损和堵塞情况，从而避免此类问题引发的意外事故。

技术领域

本发明内容涉及一种在流体输运管道内爬行作业的机械设备，属于仿生机器人领域。

背景技术

管道是运输气体、水、石油等流体物质的主要工具，在实际生产与生活中，常常需要对管道裂纹、磨损进行检测；此外，管道堵塞疏通也是生产中面临的棘手问题。但由于管道具有操作空间有限、难以从外部直接检测内部情况和不适宜人工作业等特点。因此，急需一种能够在管道中爬行操作的机器人平台。

在现有技术中，由北京交通大学申请的发明专利(公开号为105697927A) 公开了一种基于IPMC的仿生尺蠖管道爬行机构，属于机械工程领域，用于在细小弯曲的管道中爬行检测。发明包括两个嵌位模块和一个伸缩模块，利用智能材料-IPMC通电后弯曲的特性作为驱动原理，不使用电机，尺寸小，质量轻，通过调整IPMC足的倾斜角度可以适应不同的管径，自身结构可弯曲，能够通过较大曲率的弯道，可以实现管道内的前进、驻留、后退的运动。

又有河海大学常州校区申请的发明专利(公开号为109506074A)公开了一种用于管道内爬行的仿生尺蠖，所述仿生尺蠖包括：驱动机构、传动系统、执行机构，通过所述驱动机构对所述执行机构提供动力，实现所述仿生尺蠖前行探索的任务；所述执行机构为曲柄摇杆机构和双摇杆机构，搭载带棘轮机构的轮子，通过曲柄摇杆和双摇杆机构的组合模仿“尺蠖”躯干的伸缩动作，利用棘轮机构来实现“前部”和“后部”的轮流制动，通过蜗轮蜗杆的传动系统实现减速并达到指定传动比，由此制作出可以在一般较为平直的管道中稳定、快速前进的仿生尺蠖装置。

又有，由厦门理工学院申请的发明专利(公开号为109899622A)提供了一种仿生蠕动型管道内爬行器及其爬行方法，涉及仿生机器人技术领域。其中，这种仿生蠕动型管道内爬行器包括：推进部和至少两个足部；足部包括：足部气囊；沿足部气囊周向设置的多个轮组；第一气泵组件，控制足部气囊沿管道径向伸缩，实现足部与管道内壁的固定或分开；推进部连接于两个足部之间，包括：中轴气囊；第二气泵组件，控制中轴气囊沿管道轴向伸缩。该方案通过利用气泵组件对足部和推进部进行有序的充放气，实现爬行器在管道内的蠕动爬行，具有很好的稳定性和经济性。

以上技术方案对于管道内爬行仿生机器人都有一定的启示，但是该类机器人在管道中爬行时，容易出现卡在弯道处，爬行速度缓慢以及转向和爬坡角度小等问题，因此进一步研究和改进从而提出更理想的方案是十分必要的。

发明内容

为了克服现有技术中该类机器人在管道中爬行时，容易出现卡在弯道处，爬行速度缓慢以及转向和爬坡角度小等问题，本发明提供了一种仿生管道爬行机器人，将三自由度并联结构引入管道爬行机器人的设计中，在两个三自由度并联结构之间采用柔性弹簧连接。一般情况下，该机器人不会出现卡在管道内壁的现象，若出现，可通过调节动平台的运动来消除此现象。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种仿生管道爬行机器人，前述机器人由2个基本伸缩模块组成。每一个基本伸缩模块由与管壁接触的支撑结构和三自由度并联结构组成，三自由度并联结构分别连接动平台和静平台。基本伸缩模块之间通过弹簧柔性连接。

其中，前述支撑结构主要由1个支撑杆，3个滑套，3个压缩弹簧，3个导向轮和3个电磁制动器组成。