一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法，所述管道柔性机器人包括驱动控制装置和柔性传动组件，驱动控制装置包括驱动机构、管道探测传感器和控制器，驱动机构、管道探测传感器与控制器电连接，柔性传动组件包括n个传动单元和n

【技术实现步骤摘要】
一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法


[0001]本专利技术属于柔性机器人领域，具体涉及一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法。

技术介绍

[0002]在管道清理和诊断过程中，需要在不破坏管道的情况下实现管道内部的缺陷修复和清理，然而由于管路设计的复杂度，其弯曲形状给管道清理工具带来了困难。当今市面上存在的管道清理机器人多数能胜任直线管道的维护和清理工作，而对于弯曲形状的管道而言就显得力不从心。由于在核电、军工和日常生活中管道是不可获缺的输送介质结构，因此能随管道的路线柔性调节的机器人装置就显得尤为重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法，以实现其在管道内的移动。
[0004]本专利技术所述的管道柔性机器人，包括驱动控制装置和柔性传动组件，所述驱动控制装置包括驱动机构、管道探测传感器和控制器，驱动机构、管道探测传感器与控制器电连接，所述柔性传动组件包括n个传动单元和n-1个板簧，相邻两个传动单元通过一个板簧连接，第一个传动单元的前端能安装机器人执行器件，第n个传动单元的后端与驱动机构连接；管道探测传感器将探测的管道弯曲情况发送给控制器，控制器根据管道弯曲情况控制驱动机构驱动柔性传动组件在管道内移动，进而实现管道柔性机器人在管道内的移动。
[0005]优选的，所述驱动机构包括驱动支撑架、四个电动卷扬机和四根绳索，驱动支撑架的中心开设有第一过线孔，驱动支撑架的边缘安装有呈十字形分布的四个第一滑轮，四个电动卷扬机安装在驱动支撑架的后端面且分别与四个第一滑轮对应（即四个第一滑轮与驱动支撑架的中心的连线分别过四个电动卷扬机）。
[0006]所述每个传动单元都包括球形万向轴承、传动支撑架、四个第二滑轮和八根弹簧，球形万向轴承包括轴承外圈、保持架、四颗滚珠、第一滚珠挡板、第二滚珠挡板和前后两端具有安装平面的空心球体，空心球体上具有沿经线方向设置的多条滚道，第一滚珠挡板的中心开设有第二过线孔、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第一连接孔，第二滚珠挡板的中心开设有第三过线孔、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第二连接孔，轴承外圈的边缘设置有呈十字形分布的四个滑轮安装座，每个滑轮安装座的后端面开设有一个弹簧第三连接孔、前端面开设有一个弹簧第四连接孔，四个第二滑轮分别安装在四个滑轮安装座内，空心球体的前端与第二滚珠挡板固定连接、后端与第一滚珠挡板固定连接，保持架套在空心球体上，轴承外圈固定安装在保持架上，四颗滚珠分别位于呈十字形分布的四条滚道与保持架之间，四个弹簧第一连接孔、四个弹簧第二连接孔、四个弹簧第三连接孔、四个弹簧第四连接孔分别对应且与四颗滚珠所处的四条滚道对应，其中四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第一连接孔内、另一端分别勾挂在四个弹簧第三连接孔内，另外四根弹簧的一
端分别勾挂在四个弹簧第二连接孔内、另一端分别勾挂在四个弹簧第四连接孔内，四颗滚珠能在四条滚道内滑动，使轴承外圈和保持架能相对于空心球体在前后方向摆动；所述传动支撑架的中心开设有第四过线孔，传动支撑架的边缘安装有呈十字形分布的四个第三滑轮，传动支撑架的后端与第二滚珠挡板固定连接，四个第三滑轮分别与四个第二滑轮对应。
[0007]第一个传动单元的传动支撑架的前端安装机器人执行器件，第二个传动单元至第n个传动单元的传动支撑架的前端分别与n-1个板簧的一端固定连接，n-1个板簧的另一端分别与第一个传动单元至第n-1个传动单元的第一滚珠挡板固定连接，第n个传动单元的第一滚珠挡板与所述驱动支撑架固定连接。
[0008]四根绳索的一部分分别卷绕在四个电动卷扬机上，四根绳索的另一部分分别沿着所述四个第一滑轮的外侧、4n个第二滑轮的内侧、4n个第三滑轮的外侧而延伸至第一个传动单元的传动支撑架的前端面固定。机器人执行器件以及管道探测传感器、控制器、电动卷扬机的电信号线放置于第一、第二、第三过线孔以及空心球体围成的空间内。
[0009]优选的，所述第一滚珠挡板上均匀设置有四个挡板卡块，所述驱动支撑架的前端面设置有驱动安装台，驱动安装台上均匀开设有四个卡槽，四个挡板卡块分别与四个卡槽卡接，使第n个传动单元的第一滚珠挡板与驱动支撑架固定连接；所述传动支撑架的前端面设置有第二安装凸台，第二安装凸台上均匀设置有四个凸台卡块，第一个传动单元的传动支撑架通过四个凸台卡块安装机器人执行器件。
[0010]优选的，所述第一滚珠挡板上开设有一圈螺钉孔，所述第二滚珠挡板上开设有两圈螺钉孔，所述空心球体的前端面、后端面都开设有一圈螺钉孔，所述传动支撑架的后端面设置有第一安装凸台，第一安装凸台上开设有一圈螺钉孔，空心球体的后端与第一滚珠挡板通过螺钉连接，空心球体的前端与第二滚珠挡板通过螺钉连接，第二滚珠挡板与第一安装凸台通过螺钉连接，第二个传动单元至第n个传动单元的传动支撑架通过凸台卡块与板簧的一端卡接，第一个传动单元至第n-1个传动单元的第一滚珠挡板通过挡板卡块与板簧的另一端卡接。
[0011]优选的，所述传动支撑架的前端面设置有呈十字形分布的四个绳索固定块，所述的四根绳索的另一端分别固定在四个绳索固定块上。
[0012]上述管道柔性机器人在管道内移动时的控制方法为：控制器根据管道弯曲情况进行判断：如果需要向上弯曲移动，则控制器控制位于上方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索，同时控制位于下方的一个电动卷扬机放松对应的绳索；如果需要向下弯曲移动，则控制器控制位于下方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索，同时控制位于上方的一个电动卷扬机放松对应的绳索；如果需要向左弯曲移动，则控制器控制位于左方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索，同时控制位于右方的一个电动卷扬机放松对应的绳索；如果需要向右弯曲移动，则控制器控制位于右方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索，同时控制位于左方的一个电动卷扬机放松对应的绳索。
[0013]其工作原理为：控制器控制位于上方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索且控制位于下方的一个电动卷扬机放松对应的绳索时，位于上方的滚珠和位于下方的滚珠分别沿着滚道运动，位于上方的两根弹簧一根被拉伸、一根被压缩，位于下方的两根弹簧一根被压缩、一根被拉伸，轴承外圈和保持架的上侧相对于空心球体向后摆，轴承外圈和保持架的下侧相对于空心球体
向前摆，板簧上侧被压缩、下侧被拉伸，管道柔性机器人向上弯曲；而后控制器控制位于下方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索且控制位于上方的一个电动卷扬机放松对应的绳索时，位于上方的滚珠和位于下方的滚珠分别沿着滚道运动，位于上方的两根弹簧一根被压缩、一根被拉伸，位于下方的两根弹簧一根被拉伸、一根被压缩，轴承外圈和保持架的上侧相对于空心球体向前摆，轴承外圈和保持架的下侧相对于空心球体向后摆，板簧上侧被拉伸、下侧被压缩，管道柔性机器人向下弯曲；重复此过程，实现管道柔性机器人在管道内的移动。
[0014]控制器控制位于左方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索且控制位于右方的一个电动卷扬机放松对应的绳索时，位于左方的滚珠和位于右方的滚珠分别沿着滚道运动，位于左方的两根弹簧一根被拉伸、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道柔性机器人，包括驱动控制装置和柔性传动组件，其特征在于：所述驱动控制装置包括驱动机构、管道探测传感器和控制器，驱动机构、管道探测传感器与控制器电连接，所述柔性传动组件包括n个传动单元和n-1个板簧（9），相邻两个传动单元通过一个板簧连接，第一个传动单元的前端能安装机器人执行器件，第n个传动单元的后端与驱动机构连接；管道探测传感器将探测的管道弯曲情况发送给控制器，控制器根据管道弯曲情况控制驱动机构驱动柔性传动组件在管道内移动。2.根据权利要求1所述的管道柔性机器人，其特征在于：所述驱动机构包括驱动支撑架（1）、四个电动卷扬机（2）和四根绳索（3），驱动支撑架（1）的中心开设有第一过线孔（11），驱动支撑架（1）的边缘安装有呈十字形分布的四个第一滑轮（4），四个电动卷扬机（2）安装在驱动支撑架（1）的后端面且分别与四个第一滑轮（4）对应；所述每个传动单元都包括球形万向轴承（5）、传动支撑架（6）、四个第二滑轮（7）和八根弹簧（10），球形万向轴承（5）包括轴承外圈（51）、保持架（52）、四颗滚珠（53）、第一滚珠挡板（55）、第二滚珠挡板（56）和前后两端具有安装平面的空心球体（54），空心球体（54）上具有沿经线方向设置的多条滚道（541），第一滚珠挡板（55）的中心开设有第二过线孔（551）、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第一连接孔（552），第二滚珠挡板（56）的中心开设有第三过线孔（561）、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第二连接孔（562），轴承外圈（51）的边缘设置有呈十字形分布的四个滑轮安装座（511），每个滑轮安装座（511）的后端面开设有一个弹簧第三连接孔（512）、前端面开设有一个弹簧第四连接孔（513），四个第二滑轮（7）分别安装在四个滑轮安装座内，空心球体（54）的前端与第二滚珠挡板（56）固定连接、后端与第一滚珠挡板（55）固定连接，保持架（52）套在空心球体（54）上，轴承外圈（51）固定安装在保持架上，四颗滚珠（53）分别位于呈十字形分布的四条滚道与保持架之间，四个弹簧第一连接孔（552）、四个弹簧第二连接孔（562）、四个弹簧第三连接孔（512）、四个弹簧第四连接孔（513）分别对应且与四颗滚珠所处的四条滚道对应，其中四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第一连接孔（552）内、另一端分别勾挂在四个弹簧第三连接孔（512）内，另外四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第二连接孔（562）内、另一端分别勾挂在四个弹簧第四连接孔（513）内，四颗滚珠能在四条滚道内滑动，使轴承外圈（51）和保持架（52）能相对于空心球体（54）在前后方向摆动；所述传动支撑架（6）的中心开设有第四过线孔（61），传动支撑架（6）的边缘安装有呈十字形分布的四个第三滑轮（8），传动支撑架（6）的后端与第二滚珠挡板（56）固定连接，四个第三滑轮（8）分别与四个第二滑轮（7）对应；第一个传动单元的传动支撑架（6）的前端安装机器人执行器件，第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俐，钟芸，刘小辉，秦鸿，马海峰，唐热情，
申请(专利权)人：重庆市交通规划勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：