CN204686880U - 应用于缝隙或管内的管状体送进机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，包括环抱式的机器人机体、机器人机体内部安装的驱动机构、送进机构和撑开机构；所述机器人机体由三瓣相同的机体模块构成，所述机体模块均船形，三瓣机体模块在边缘通过合页铰接，两端收合的两瓣通过可调式螺纹连接；机体模块上安装有导轮座，导轮座上装有导轮，导轮使机器人的运动保持平稳。本实用新型适用于直径Φ10～Φ14mm的刚性或具有一定柔性的管状体，在截面尺寸能包含Φ80mm圆截面的缝隙空间中，通过多个机器人协同工作完成送进工作。机器人可搭载扩展功能模块，实现对缝隙空间内部情况的检查、检测，尤其适用于地震废墟缝隙搜救、探测等领域。

Description

应用于缝隙或管内的管状体送进机器人

技术领域

本实用新型涉及一种应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，适用于地震废墟缝隙搜救、探测等领域。

背景技术

应用于缝隙或管内的管状体送进装备发展缓慢，相关的文献和专利较少。目前，对管状体的送进装备有着广泛的需求，如地下或不规则的通道等场合的探测和置物。尤其是一些特殊的场合，如发生地震、坍塌后的废墟现场，将探测和救援的装备送进进废墟缝隙工作，尽可能扩大搜救范围，争取搜救时间，显得极为重要。随着科技的发展，借助先进的科学技术，科技搜救被广泛的应用于灾后救援，例如生命探测仪等一些科学搜救设备。虽然先进的生命探测仪可以搜寻生命迹象，但是他们的使用范围有很大的局限性。大多的生命探测仪只能探测到在废墟表层，探测的深度有限的，并不能深入探测到废墟内部的生命信号，并且废墟内部复杂混乱的环境严重影响信号的质量和精度，使之无法有效的进行搜救。废墟内有许多狭小的空间，这些狭小的空间对于人和搜救犬来说，十分狭小从而不能进入内部进行救援。为了满足灾难废墟救援工作的需要，国内外很多研究机构都开展了大量的研究工作，应用于灾难废墟现场环境的履带式机器人、多态机器人、仿生机器人等各类型搜救机器人被研制出来。但这些搜救机器人主要还是集中于表面搜救，无法深入缝隙。目前，废墟内部的搜救工作一般都是依靠细小的管状体（如“蛇眼”生命探测仪）或蛇形机器人，这类机器人或者探测仪由于缺乏送进装置，深入废墟缝隙的距离很有限，因此对管状体的送进装备有着迫切的需求。

实用新型内容

为了克服目前管状体无法人工或自主深入缝隙的不足，本实用新型的目的是提供一种应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，该管状体送进机器人可用于直径Φ10-14mm的刚性或具有一定柔性的管状体，在截面尺寸能包含Φ80mm圆截面的缝隙空间中，通过多个机器人协同工作完成送进工作。机器人可搭载扩展功能模块，实现对缝隙空间内部或管道内部情况的检查、检测。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，包括环抱式的机器人机体、机器人机体内部安装的驱动机构、送进机构和撑开机构；所述机器人机体由三瓣相同的机体模块构成，所述机体模块均船形，三瓣机体模块在边缘通过合页铰接，两端收合的两瓣通过可调式螺纹连接；机体模块上安装有导轮座，导轮座上装有导轮，导轮使机器人的运动保持平稳。

所述驱动机构包括微型直流电机、减速器、电机座；微型直流电机与减速器相连，通过螺钉安装于电机座上，电机座由螺钉固定在机体模块内部的右侧。

所述送进机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一主动摩擦轮轴座、第二主动摩擦轮轴座、主动摩擦轮、主动摩擦轮轴、被动摩擦轮、被动摩擦轮轴、被动摩擦轮轴座；所述主动摩擦轮轴通过第一主动摩擦轮轴座和第二主动摩擦轮轴座固定在机体模块上，所述第一锥齿轮通过紧定螺钉固定在减速器输出轴上，所述第二锥齿轮通过紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴上，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮相互啮合；所述主动摩擦轮使用紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴上，置于机体模块前槽中；所诉被动摩擦轮轴通过被动摩擦轮轴座固定在机体模块上，所述被动摩擦轮使用紧定螺钉安装于被动轮轴上，置于机体模块后槽中。

所述撑开机构包括行太阳轮、星齿轮、行星轮架、第一连接件、杠杆、杠杆座、第二连接件、左导杆、撑盖和右导杆；所述太阳轮通过紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴上，行星轮与太阳轮啮合并空套在行星轮架上，行星轮架安装在主动摩擦轮轴上并绕其转动，行星轮架另一端通过第一连接件与杠杆连接，左导杆通过第二连接件与杠杆连接，左导杆穿过机体模块导向孔，通过螺钉安装在撑盖上；右导杆与左导杆对称，穿过机体模块导向孔，通过螺钉安装在撑盖上。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型实现在狭小缝隙中对管状体的送进工作，尤其是地震等灾难引起坍塌而人工无法到达的废墟缝隙；机器人可多个协同工作，通过前拉后推的送进方式，对刚性或具有一定柔性的管状体均能实现送进；机器人还预留有空间，可搭载扩展模块，如传感器，微型CCD摄像头，实现定位与缝隙内部或管道内部的情况探察；三瓣式结构增加了主动摩擦轮个数，提供了更大的送进力；三瓣式结构提高了工作的可靠性，在一瓣机构发生故障时，机器人仍可进行工作；撑开机构使用了空套式行星轮系结构，从机械上实现了机器人沿管状体前进时，撑开机构自动收合，后退时则自动张开一定角度的联合运动；机器人上装有多组导轮，导轮可使机器人受到外界摩擦减小，运动时保持平稳，不易晃动；机器人后槽中设计装有被动摩擦轮，使机器人运动更平稳。

附图说明

图1是机器人展开图。

图2是机体模块右视图。

图3是机体模块左视图。

图4是机体模块仰视图。

图5是机体模块俯视图。

图6是机器人管状体送进原理图。

图7是机器人沿管爬行示意图。

图8是机器人后退或送进管状体示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施例做进一步的说明。

如图1至图8所示，一种应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，包括环抱式的机器人机体、机器人机体内部安装的驱动机构、送进机构和撑开机构；所述机器人机体由三瓣相同的机体模块1构成，所述机体模块1均船形，三瓣机体模块1在边缘通过合页2铰接，两端收合的两瓣通过可调式螺纹连接；机体模块1上安装有导轮座13，导轮座13上装有导轮12，导轮12使机器人的运动保持平稳。

所述驱动机构包括微型直流电机3、减速器4、电机座5；微型直流电机3与减速器4相连，通过螺钉安装于电机座5上，电机座5由螺钉固定在机体模块1内部的右侧。

所述送进机构包括第一锥齿轮6、第二锥齿轮7、第一主动摩擦轮轴座8、第二主动摩擦轮轴座9、主动摩擦轮11、主动摩擦轮轴10、被动摩擦轮25、被动摩擦轮轴24、被动摩擦轮轴座26；所述主动摩擦轮轴10通过第一主动摩擦轮轴座8和第二主动摩擦轮轴座9固定在机体模块1上，所述第一锥齿轮6通过紧定螺钉固定在减速器4输出轴上，所述第二锥齿轮7通过紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴10上，所述第一锥齿轮6与第二锥齿轮7相互啮合；所述主动摩擦轮11使用紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴10上，置于机体模块1前槽中；所诉被动摩擦轮轴24通过被动摩擦轮轴座26固定在机体模块1上，所述被动摩擦轮25使用紧定螺钉安装于被动轮轴24上，置于机体模块1后槽中。主动摩擦轮10和被动摩擦轮24均为压紧摩擦轮，摩擦力用于推进、拉进管状体或者机器人自身沿管状体爬行。第一锥齿轮6安装在减速器4输出轴上，第一锥齿轮6通过和第二锥齿轮7的啮合，传动扭矩到主动摩擦轮轴10上，从而驱动主动摩擦轮11完成送进过程。

所述撑开机构包括行太阳轮14、星齿轮15、行星轮架16、第一连接件17、杠杆18、杠杆座19、第二连接件20、左导杆21、撑盖22和右导杆23；所述太阳轮14通过紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴10上，行星轮15与太阳轮14啮合并空套在行星轮架16上，行星轮架16安装在主动摩擦轮轴10上并绕其转动，行星轮架16另一端通过第一连接件17与杠杆18连接，左导杆21通过第二连接件20与杠杆18连接，左导杆21穿过机体模块1导向孔，通过螺钉安装在撑盖22上；右导杆23与左导杆21对称，穿过机体模块1导向孔，通过螺钉安装在撑盖22上。撑盖22的开合具有一定的范围，在此范围之内，撑盖22在撑开状态下可以保证机器人支撑在狭小缝隙中的某一位置，主动摩擦轮10提供足够的摩擦力使管状体被送进。在机器人沿管状体前进爬行时，行星轮15公转带动、行星轮架16和杠杆18转动而使撑盖22收合。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型的一种应用于缝隙或管内的管状体送进机器人由三组微型直流电机3驱动，可拆分为三个完全相同的机体模块1，通过三组驱动装置和送进装置将电机的转动转化成需要的运动形式，提供具有足够大的行动牵引力。尾部的撑盖22利用行星齿轮机构和杠杆机构，通过主动摩擦轮轴10带动太阳轮14的转动，实现撑盖22的张开与收合。按一定顺序控制电机的正、反转动作，实现机器人沿管状体的前进或后退。前进爬行时，撑盖22通过空套式行星轮机构和杠杆机构自动收合；后退时，撑盖22则自动张开，当撑盖22支撑住外界某一位置，使机器人无法后退，则利用摩擦轮完成对管状体的送进。

下面以在缝隙中某一节管状体送进工作为例，说明本实用新型的一种应用于缝隙或管内的管状体送进机器人的基本工作步骤。

如图6所示，一个送进周期可以分为3个步骤：

步骤一，机器人沿管状体爬行，找到外部支撑位置，电机反转，撑盖22撑开，受到外界阻碍，机器人机体保持静止，此时主动摩擦轮10将管状体送进；

步骤二，机器人继续推进管状体，将管状体足够长度送入缝隙之中，此时，刚性管状体则受到足够大的阻力无法继续被送进，柔性管状体则自身发生弯曲而无法继续被送进；

步骤三，当管状体无法继续被送进时，电机再次反转，机器人沿管状体向前爬行，撑盖22自动收合，机器人沿管状体进入更深缝隙；至此，完成一个周期的运动。

之后回到步骤一，电机反转，再次撑开撑盖，送进管状体。利用多节的前拉后推的送进方式，管状体被逐节送进到缝隙中。

Claims (4)

1.一种应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，其特征在于：包括环抱式的机器人机体、机器人机体内部安装的驱动机构、送进机构和撑开机构；所述机器人机体由三瓣相同的机体模块（1）构成，所述机体模块（1）均为船形，三瓣机体模块（1）在边缘通过合页（2）铰接，两端收合的两瓣通过可调式螺纹连接；机体模块（1）上安装有导轮座（13），导轮座（13）上装有导轮（12），导轮（12）使机器人的运动保持平稳。

2.根据权利要求1所述的应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，其特征在于：所述驱动机构包括微型直流电机（3）、减速器（4）、电机座（5）；微型直流电机（3）与减速器（4）相连，通过螺钉安装于电机座（5）上，电机座（5）由螺钉固定在机体模块（1）内部的右侧。

3.根据权利要求1所述的应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，其特征在于：所述送进机构包括第一锥齿轮（6）、第二锥齿轮（7）、第一主动摩擦轮轴座（8）、第二主动摩擦轮轴座（9）、主动摩擦轮（11）、主动摩擦轮轴（10）、被动摩擦轮（25）、被动摩擦轮轴（24）、被动摩擦轮轴座（26）；所述主动摩擦轮轴（10）通过第一主动摩擦轮轴座（8）和第二主动摩擦轮轴座（9）固定在机体模块（1）上，所述第一锥齿轮（6）通过紧定螺钉固定在减速器（4）输出轴上，所述第二锥齿轮（7）通过紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴（10）上，所述第一锥齿轮（6）与第二锥齿轮（7）相互啮合；所述主动摩擦轮（11）使用紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴（10）上，置于机体模块（1）前槽中；所述被动摩擦轮轴（24）通过被动摩擦轮轴座（26）固定在机体模块（1）上，所述被动摩擦轮（25）使用紧定螺钉安装于被动轮轴（24）上，置于机体模块（1）后槽中。

4.根据权利要求1所述的应用于缝隙或管内的管状体送进机器人，其特征在于：所述撑开机构包括行太阳轮（14）、星齿轮（15）、行星轮架（16）、第一连接件（17）、杠杆（18）、杠杆座（19）、第二连接件（20）、左导杆（21）、撑盖（22）和右导杆（23）；所述太阳轮（14）通过紧定螺钉固定在主动摩擦轮轴（10）上，行星轮（15）与太阳轮（14）啮合并空套在行星轮架（16）上，行星轮架（16）安装在主动摩擦轮轴（10）上并绕其转动，行星轮架（16）另一端通过第一连接件（17）与杠杆（18）连接，左导杆（21）通过第二连接件（20）与杠杆（18）连接，左导杆（21）穿过机体模块（1）导向孔，通过螺钉安装在撑盖（22）上；右导杆（23）与左导杆（21）对称，穿过机体模块（1）导向孔，通过螺钉安装在撑盖（22）上。