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一种柔性管道 机器人

阅读：1031发布：2020-07-20

专利汇可以提供一种柔性管道机器人专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种柔性管道机器人。本发明包括上支撑模块、伸缩模块和下支撑模块，上支撑模块和下支撑模块之间连接有伸缩模块，下支撑模块上连接有三个旋转单元，伸缩模块主要由顺时针旋转单元和逆时针旋转单元通过各自的下底面对接组成，顺时针旋转单元和逆时针旋转单元的内腔经硅胶管连接气源，通过气源改变上支撑模块和下支撑模块的气压就可以改变其直径大小，改变伸缩模块的气压就可以改变其长度，进而实现其在竖直管道中上下运动、水平管道中左右运动。本发明可以在环境恶劣、管径变化的管道中工作，在柔顺性、灵活性、环境适应性方面比传统的刚性管道机器人有了较大改进，应用前景广阔。，下面是一种柔性管道机器人专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种柔性管道机器人，其特征在于，包括上支撑模块(1)、伸缩模块(2)和下支撑模块(3)，上支撑模块(1)和下支撑模块(3)之间连接有伸缩模块(2)；下支撑模块(3)包括支撑架(5)和旋转单元(7)，支撑架侧面为三块呈环状布置的正方形板，每块正方形板均通过小连接片(6)连接有一旋转单元(7)；上支撑模块(1)与下支撑模块(3)结构相同；下支撑模块(3)支撑架上端面和上支撑模块(1)支撑架下端面通过各自的连接板(4)分别固定到伸缩模块(2)下端面和上端面；
所述旋转单元(7)为顺时针旋转单元(8)或逆时针旋转单元(10)，每个旋转单元(7)包括上底面(12)、下底面(14)和侧边曲面(13)，上底面(12)尺寸小于下底面(14)尺寸，侧边曲面(13)密封包围连接在上底面(12)、下底面(14)之间，使得整个旋转单元(7)形成密封气室，上底面(12)中间设有一个孔，硅胶管(11)插装连接于孔，硅胶管(11)经支撑架(5)穿出连接到外部气源，气源对气室抽真空后，侧边曲面(13)正向扭转同时带动上底面(12)和下底面(14)之间的距离变近，即使得旋转单元(7)边旋转边降低高度，气源对气室充气后，侧边曲面(13)反向扭转同时带动上底面(12)和下底面(14)之间的距离变远，即使得旋转单元(7)边旋转边增加高度。
2.根据权利要求1所述的柔性管道机器人，其特征在于，所述硅胶管(11)连接气源且气源对气室抽真空后，顺时针旋转单元(10)的侧边曲面(13)沿顺时针方向扭转，逆时针旋转单元(8)的侧边曲面(13)沿逆时针方向扭转。
3.根据权利要求1所述的柔性管道机器人，其特征在于，所述伸缩模块(2)主要由顺时针旋转单元(8)和逆时针旋转单元(10)通过各自的下底面(14)对接组成；顺时针旋转单元(10)和逆时针旋转单元(8)的内腔经硅胶管(11)连接气源，气源对顺时针旋转单元(8)和逆时针旋转单元(10)同时进行充气或者抽气。
4.根据权利要求1所述的柔性管道机器人，其特征在于，所述顺时针旋转单元(8)通过的小连接片(6)连接到下支撑模块(3)顶部的连接板(4)，逆时针旋转单元(8)通过小连接片(6)连接到上支撑模块(1)底部的连接板(4)。
5.根据权利要求1所述的柔性管道机器人，其特征在于，所述小连接片(6)和大连接片(9)为四个角均开有螺纹孔的环型结构。
6.根据权利要求1所述的柔性管道机器人，其特征在于，每个旋转单元(7)的硅胶管经支撑架(5)连接到外部气源。

说明书全文

一种柔性管道机器人

技术领域

[0001] 本发明属于柔性机器人技术领域，具体涉及一种柔性管道机器人。

背景技术

[0002] 传统的刚体管道机器人，在环境恶劣的管道中容易被腐蚀，且难以在管径发生变化的管道中工作，而软体机器人由于自身固有的柔顺性，能适应管道的形状，且不会被腐蚀，可以弥补现有刚体管道机器人的不足。

[0003] 鉴于上述情况，有必要研究一种新型的柔性管道机器人以解决上述问题。

发明内容

[0004] 为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种柔性管道机器人，采用旋转单元的不同组合方式制作柔性管道机器人，并为其设计新的运动方式。

[0005] 本发明采用如下技术方案：

[0006] 一、一种柔性管道机器人

[0007] 本发明包括上支撑模块、伸缩模块和下支撑模块，上支撑模块和下支撑模块之间连接有伸缩模块；

[0008] 下支撑模块包括支撑架和旋转单元，支撑架侧面为三块呈环状布置的正方形板，使得支撑架形成一个三棱柱的结构，支撑架上端面和下端面分别有三块凸台，连接板通过螺栓固定在凸台上面，每块正方形板均通过小连接片连接有一旋转单元；上支撑模块与下支撑模块结构相同；下支撑模块支撑架上端面和上支撑模块支撑架下端面的凸台通过各自的连接板分别固定到伸缩模块下端面和上端面；

[0009] 所述旋转单元为顺时针旋转单元或逆时针旋转单元，每个旋转单元包括上底面、下底面和侧边曲面，上底面尺寸小于下底面尺寸，侧边曲面密封包围连接在上底面、下底面周围之间，使得整个旋转单元形成密封气室，且使得旋转单元形成近似上小下大的台体，上底面中间设有一个孔，硅胶管插装连接于孔，硅胶管经支撑架穿出连接到外部气源，顺时针旋转单元的侧边曲面沿顺时针方向扭转，逆时针旋转单元的侧边曲面沿逆时针方向扭转；硅胶管连接气源，气源对气室抽真空后，侧边曲面正向扭转同时带动上底面和下底面之间的距离变近，即使得旋转单元边旋转边降低高度，气源对气室充气变成大气压后，侧边曲面反向扭转同时带动上底面和下底面之间的距离变远，即使得旋转单元边旋转边增加高度，旋转单元恢复为原来的常态形状。

[0010] 所述伸缩模块主要由顺时针旋转单元和逆时针旋转单元通过各自的下底面对接组成，大连接片将顺时针旋转单元和逆时针旋转单元的下底面连接起来；顺时针旋转单元和逆时针旋转单元的内腔经硅胶管连接气源，气源对顺时针旋转单元和逆时针旋转单元同时进行充气或者抽气，使得顺时针旋转单元和逆时针旋转单元的下底面运动同步，侧边曲面旋向相反，抵消了旋转单元的旋转，使得上底面没有相对转动，整个伸缩模块不旋转仅伸缩运动。

[0011] 所述顺时针旋转单元通过上底面的小连接片连接到下支撑模块顶部的连接板，逆时针旋转单元通过上底面的小连接片连接到上支撑模块底部的连接板。

[0012] 所述小连接片和大连接片为四个角均开有螺纹孔的环型结构。

[0013] 每个旋转单元的硅胶管经支撑架连接到外部气源，上支撑模块的每个旋转单元的硅胶管经正方形板开有的圆孔从支撑架上端穿出，下支撑模块的每个旋转单元的硅胶管经正方形板开有的圆孔从支撑架下端穿出，逆时针旋转单元的硅胶管经上支撑模块的连接板从支撑架的上端穿出，顺时针旋转单元的硅胶管经下支撑模块的连接板从支撑架的下端穿出。

[0014] 二、柔性管道机器人的工作过程

[0015] 所述柔性管道机器人在竖直管道中向上爬的工作过程包括以下步骤：

[0016] 步骤0：所有旋转单元接大气压，上支撑模块和下支撑模块顶住管道内壁，使柔性管道机器人在管道中没有滑动；

[0017] 步骤1：下支撑模块的三个旋转单元接负压，旋转单元收缩，下支撑模块直径变小并与管道脱离接触；

[0018] 步骤2：顺时针旋转单元和逆时针旋转单元同时接负压，两个旋转单元均收缩，伸缩模块长度变小，驱动下支撑模块向上运动；

[0019] 步骤3：下支撑模块的三个旋转单元接大气压，旋转单元膨胀，下支撑模块直径变大，再次顶住管道内壁；

[0020] 步骤4：上支撑模块的三个旋转单元接负压，旋转单元收缩，上支撑模块直径变小并与管道脱离接触；

[0021] 步骤5：顺时针旋转单元和逆时针旋转单元同时接大气压，两个旋转单元膨胀，伸缩模块长度增大，驱动上支撑模块向上运动；

[0022] 步骤6：上支撑模块的三个旋转单元接大气压，旋转单元膨胀，上支撑模块直径变大，顶住管道内壁。

[0023] 重复步骤1-6，柔性管道机器人就可以在竖直管道中向上爬。

[0024] 本发明的有益效果是：

[0025] 本发明提供的柔性管道机器人用于清理管道、检查管道、在管道中运送物体，可以在环境恶劣、管径变化的管道中工作，在柔顺性、灵活性、环境适应性方面比传统的刚性管道机器人有了较大改进，应用前景广阔。附图说明

[0026] 图1是本发明的三维结构示意图；

[0027] 图2是下支撑模块的结构示意图；

[0028] 图3是下支撑模块的变形示意图；

[0029] 图4是伸缩模块的变形示意图；

[0030] 图5是逆时针旋转单元的变形示意图；

[0031] 图6是支撑架的结构示意图；

[0032] 图7是小连接片和大连接片的结构示意图；

[0033] 图8是连接板示意图；

[0034] 图9是柔性管道机器人的运动示意图。

[0035] 图中：1上支撑模块，2伸缩模块，3下支撑模块，4连接板，5支撑架，6小连接片，7为旋转单元；6小连接片，8逆时针旋转单元，9大连接片，10顺时针旋转单元，11硅胶管，12上底面，13侧边曲面，14下底面。

具体实施方式

[0036] 下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

[0037] 如图1所示，本发明包括上支撑模块1、伸缩模块2和下支撑模块3，上支撑模块1和下支撑模块3之间连接有伸缩模块2。

[0038] 如图2和图6所示，下支撑模块3包括支撑架5和旋转单元7，支撑架侧面为三块呈环状布置的正方形板，使得支撑架形成一个三棱柱的结构，支撑架上端面和下端面分别有三块凸台，连接板4通过螺栓固定在凸台上面，每块正方形板均通过小连接片6连接有一旋转单元7；上支撑模块1与下支撑模块3结构相同；下支撑模块3支撑架上端面和上支撑模块1支撑架下端面的凸台通过各自的连接板4分别固定到伸缩模块2下端面和上端面。

[0039] 每个旋转单元7的硅胶管经支撑架5连接到外部气源。上支撑模块1的每个旋转单元7的硅胶管经正方形板开有的圆孔从支撑架5上端穿出，下支撑模块3的每个旋转单元7的硅胶管经正方形板开有的圆孔从支撑架5下端穿出，逆时针旋转单元8的硅胶管经上支撑模块1的连接板4从支撑架5的上端穿出，顺时针旋转单元10的硅胶管经下支撑模块1的连接板4从支撑架5的下端穿出。

[0040] 如图4和图8所示，伸缩模块2主要由顺时针旋转单元8和逆时针旋转单元10通过各自的下底面14对接组成，大连接片9将顺时针旋转单元8和逆时针旋转单元10的下底面14连接起来；顺时针旋转单元10和逆时针旋转单元8的内腔经硅胶管11连接气源，气源对顺时针旋转单元8和逆时针旋转单元10同时进行充气或者抽气，使得顺时针旋转单元8和逆时针旋转单元10的下底面14运动同步，侧边曲面13旋向相反，抵消了旋转单元的旋转，使得上底面12没有相对转动，整个伸缩模块2不旋转仅伸缩运动。

[0041] 顺时针旋转单元8通过上底面12的小连接片6连接到下支撑模块3顶部的连接板4，逆时针旋转单元8通过上底面的小连接片6连接到上支撑模块1底部的连接板4。

[0042] 如图5所示，所述旋转单元7为顺时针旋转单元8或逆时针旋转单元10，每个旋转单元7包括上底面12、下底面14和侧边曲面13，上底面12尺寸小于下底面14尺寸，侧边曲面13密封包围连接在上底面12、下底面14周围之间，使得整个旋转单元7形成密封气室，且使得旋转单元7形成近似上小下大的台体，上底面12中间设有一个孔，硅胶管11插装连接于孔，硅胶管11经支撑架5穿出连接到外部气源，顺时针旋转单元10的侧边曲面13沿顺时针方向扭转，逆时针旋转单元8的侧边曲面13沿逆时针方向扭转；硅胶管11连接气源，气源对气室抽真空后，侧边曲面13正向扭转同时带动上底面12和下底面14之间的距离变近，即使得旋转单元7边旋转边降低高度，气源对气室充气变成大气压后，侧边曲面13反向扭转同时带动上底面12和下底面14之间的距离变远，即使得旋转单元7边旋转边增加高度，旋转单元7恢复为原来的常态形状。

[0043] 如图7所示，小连接片6和大连接片9为四个角均开有螺纹孔的环型结构。

[0044] 本发明的柔性管道机器人在竖直管道中向上爬的工作过程如图9所示，包括以下步骤：

[0045] 步骤0：所有旋转单元7接大气压，上支撑模块1和下支撑模块3顶住管道内壁，使柔性管道机器人在管道中没有滑动；

[0046] 步骤1：下支撑模块3的三个旋转单元7接负压，旋转单元7收缩，下支撑模块3直径变小并与管道脱离接触；

[0047] 步骤2：顺时针旋转单元10和逆时针旋转单元8同时接负压，两个旋转单元均收缩，伸缩模块2长度变小，驱动下支撑模块3向上运动；

[0048] 步骤3：下支撑模块3的三个旋转单元7接大气压，旋转单元7膨胀，下支撑模块3直径变大，再次顶住管道内壁；

[0049] 步骤4：上支撑模块1的三个旋转单元7接负压，旋转单元7收缩，上支撑模块1直径变小并与管道脱离接触；

[0050] 步骤5：顺时针旋转单元10和逆时针旋转单元8同时接大气压，两个旋转单元膨胀，伸缩模块2长度增大，驱动上支撑模块1向上运动；

[0051] 步骤6：上支撑模块1的三个旋转单元7接大气压，旋转单元7膨胀，上支撑模块1直径变大，顶住管道内壁。

[0052] 重复步骤1-6，柔性管道机器人就可以在竖直管道中向上爬。

[0053] 将上述步骤中上支撑模块1与下支撑模块3的运动互换，柔性管道机器人可以实现在竖直管道中向下爬。

[0054] 柔性管道机器人在水平管道中左右运动的过程与在竖直管道中上下运动的过程类似。

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