一种用于管道的气动软体机器人制造技术

本实用新型专利技术为一种用于管道的气动软体机器人，包括功能模块、气泵、方向调节气囊组、行走驱动件和两个固定气囊；行走驱动件的两端与两个固定气囊的一端连接，气泵安装在一个固定气囊的另一端；方向调节气囊组的一端与另一个固定气囊的另一端连接，功能模块安装在方向调节气囊组的另一端；行走驱动件能够随着充、放气而伸长、缩短；方向调节气囊组包含至少三个椭球形气囊，每个椭球形气囊与相邻的椭球形气囊相互紧连在一起，各个椭球形气囊的膨胀和收缩运动相互独立，通过所有椭球形气囊的协调运动实现机器人的转向。该机器人能够柔性自适应不同口径大小的管道，能够实现机器人与管道内壁的柔性接触，实现多功能作业。实现多功能作业。实现多功能作业。

【技术实现步骤摘要】
一种用于管道的气动软体机器人


[0001]本技术属于管道机器人
，具体是一种用于管道的气动软体机器人。

技术介绍

[0002]管道作为一种有效物料运输手段，被广泛应用于城市基础设施、工业运输系统等众多领域。现阶段管道作业方式主要是传统人工作业，通过人工方式在管道中进行维修检测和清理作业不仅较为困难，效率低下，同时有一定的危险性。随着科学技术和制造业水平的不断提高，提高管道作业的智能化水平已经成为工业化背景下日常生活和社会生产的有力保障。
[0003]现有管道机器人主要采用轮式结构，这种结构不仅导致机器人的体积大，且不能较好地适应管道中复杂多变的情况，运动灵活性较差。对于轮式管道机器人在实际应用过程中遇到的问题，譬如在弯管和不规则管道时发生运动干涉，由于内耗造成的驱动力不足，壁面的变形以及机器人本身的误差，导致机器人在管道中偏离正确的姿态，甚至侧翻和卡死这些问题。在常见的管道机器人中，轮式机器人和履带机器人无法在直上直下的管道内运动，在管道多分支岔口处转向运动较困难。
[0004]公开号为CN101625062B的中国专利公开了一种具有导向头的柔性蠕动管道机器人，通过前置导向头和磁性推拉轮杆机构实现转弯，但是该机器人包含左、右两个刚性半球壳，因此只能在较大折弯半径的T形管道中运动，无法适应管径变化的管道结构。
[0005]公开号为CN209663924U的中国专利公开了一种管道清洁机器人，该清洁机器人的除尘装置通过电机连接于控制机构，实现管道清洁，但是结构过于复杂，无法适应各种弯曲管道的内部复杂结构。
[0006]综上所述，现有管道机器人初步解决了管道作业问题，但是管道机器人的适应性差，面对不同直径的管道时运动性能低，无法在弯曲管道中全向运动，而且通用性差无法满足对于管道机器人作业的多种功能需求。因此，亟需设计一种能柔性自适应不同管径，实现全向柔性进给运动的气动软体管道机器人，旨在完成不同管道环境下的多功能作业。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本技术拟解决的技术问题是，提供一种用于管道的气动软体机器人。
[0008]为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：
[0009]一种用于管道的气动软体机器人，其特征在于，该机器人包括功能模块、气泵、方向调节气囊组、行走驱动件和两个固定气囊；
[0010]行走驱动件的两端与两个固定气囊的一端连接，气泵安装在一个固定气囊的另一端；方向调节气囊组的一端与另一个固定气囊的另一端连接，功能模块安装在方向调节气囊组的另一端；行走驱动件能够随着充、放气而伸长、缩短；方向调节气囊组包含至少三个椭球形气囊，每个椭球形气囊与相邻的椭球形气囊相互紧连在一起，各个椭球形气囊的膨
胀和收缩运动相互独立，通过所有椭球形气囊的协调运动实现机器人的转向。
[0011]该机器人还包括进气管和出气管；进气管和出气管依次贯穿所有的固定气囊和行走驱动件，进气管的一端以及出气管的一端分别引出与方向调节气囊组的椭球形气囊数量相同的延伸部，保证每个椭球形气囊内均含有一个进气管的延伸部和一个出气管的延伸部；进气管和出气管分别在行走驱动件、各个固定气囊以及各个椭球形气囊的内部分别安装有气动电磁阀，进气管的另一端与气泵的输出端连接，出气管的另一端位于机器人外部。
[0012]该机器人还包括微控制器和开关量模块，微控制器通过TTL转换模块连接通讯总线，通讯总线连接有多个开关量模块，保证每个行走驱动件、固定气囊以及椭球形气囊内均含有一个开关量模块，每个开关量模块分别与相应的两个气动电磁阀连接。
[0013]所述功能模块包括温湿度传感器、酸碱度传感器、摄像头、清洁毛刷和红外热成像模块。
[0014]行走驱动件的两端分别设有二号连接头，二号连接头包括设有连接头本体，连接头本体的一端设有伸出部，连接头本体与行走驱动件的端部螺纹连接。
[0015]固定气囊以及方向调节气囊组的两端分别设有一号连接头，一号连接头包括连接盘和位于连接盘端面上的螺柱。
[0016]所述方向调节气囊组包含三个椭球形气囊，三个椭球形气囊相互紧连在一起，相邻两个椭球形气囊之间的夹角为120
°
。
[0017]椭球形气囊的中部粗，两端细；椭球形气囊的长度为75mm，最大直径为25mm。
[0018]所述行走驱动件为波纹管；波纹管的直径为40mm，长度为50mm。
[0019]所述固定气囊的中部粗，两端细，固定气囊的长度为200mm，最大直径为80mm。
[0020]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0021]1.机器人的主体结构为橡胶材质的充气式气囊和具有伸缩功能的波纹管，体积易改变可柔性自适应不同管径大小的管道，满足机器人前进过程中的通用性和安全性；固定气囊和椭球形气囊均为充气式的橡胶气囊，通过气动电磁阀的开闭控制橡胶气囊的充放气；由于橡胶气囊具有良好的伸缩特性，且内部充满柔性气体，体积可大可小，可以柔性自适应不同口径大小的管道，很好地解决了现有的管道机器人只能在特定直径管道作业的局限，能够满足不同口径的管道，具有良好的普适性；通过橡胶气囊能够实现机器人与管道内壁的柔性接触，不至于损坏管道内壁，满足安全性需求。
[0022]2.方向调节气囊组采用多个椭球形气囊组成，通过一部分椭球形气囊膨胀挤压另一部分椭球形气囊，调节机器人的运动方向，通过固定气囊和行走驱动件的伸缩配合可实现面向各类管道全向柔性进给运动，解决了现有管道机器人因其机械结构限制无法适应管道内部的复杂结构，实现全向柔性进给运动。行走驱动件采用波纹管构成，波纹管为管状弹性敏感元件，具有伸展能力强、易驱动的特点；当管道弯曲量较大时，机器人通过方向调节气囊组主动调整方向，以进入弯曲管道，对于弯曲量较小普通管道，由于本技术的主要构成材料为橡胶和波纹管，具有易驱动自适应能力强的特点，依靠柔性惯性实现被动弯曲，这种方式容易驱动，减少了驱动过程中能源的浪费。
[0023]3.该机器人的功能模块、气泵、方向调节气囊组、行走驱动件和固定气囊均属于模块化结构，每个部件上均设有连接头，通过连接头可以实现部件之间的快速拆装，方便维修和更换；当机器人出现故障时只需排查各个模块，更换其中出现问题的模块。
[0024]4.本技术的功能模块包括摄像头、温湿度传感器、酸碱度传感器和清洁毛刷，可实现管道的检测、探测及清洁等功能，满足特定的需求；还可以红外热成像模块，即使用者可通过红外热成像图直接判断管道内部的能量分布情况及管道是否存在明显的泄漏问题，以便及时对存在安全隐患的管道进行维修更换。
[0025]5.可以根据管道特征灵活组装机器人，在直管时可以不安装方向调节气囊组即可保证机器人的稳定运动，使得机器人运动更加轻便；在需要机器人快速运动时可将两个行走驱动件直接连接，增加前进运动的伸长量；在具有复杂的管道如需要拐弯的管道情况下，可以在机器人头部安装方向调节气囊组，实现机器人运动方向的灵活改变。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于管道的气动软体机器人，其特征在于，该机器人包括功能模块、气泵、方向调节气囊组、行走驱动件和两个固定气囊；行走驱动件的两端与两个固定气囊的一端连接，气泵安装在一个固定气囊的另一端；方向调节气囊组的一端与另一个固定气囊的另一端连接，功能模块安装在方向调节气囊组的另一端；行走驱动件能够随着充、放气而伸长、缩短；方向调节气囊组包含至少三个椭球形气囊，每个椭球形气囊与相邻的椭球形气囊相互紧连在一起，各个椭球形气囊的膨胀和收缩运动相互独立，通过所有椭球形气囊的协调运动实现机器人的转向。2.根据权利要求1所述的用于管道的气动软体机器人，其特征在于，该机器人还包括进气管和出气管；进气管和出气管依次贯穿所有的固定气囊和行走驱动件，进气管的一端以及出气管的一端分别引出与方向调节气囊组的椭球形气囊数量相同的延伸部，保证每个椭球形气囊内均含有一个进气管的延伸部和一个出气管的延伸部；进气管和出气管分别在行走驱动件、各个固定气囊以及各个椭球形气囊的内部分别安装有气动电磁阀，进气管的另一端与气泵的输出端连接，出气管的另一端位于机器人外部。3.根据权利要求2所述的用于管道的气动软体机器人，其特征在于，该机器人还包括微控制器和开关量模块，微控制器通过TTL转换模块连接通讯总线，通讯总线连接有多个开关量模块，保证每个行走驱动件、固定气囊以及椭球形气囊内均含有一个开关量...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀奥琪，邓皓月，李满宏，李瑞敏，王雨婷，王霖，饶钰涵，刘欣宇，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：