一种仿生变形伸缩式管内运动机器人

1.本发明涉及管内机器人技术领域，具体涉及一种仿生变形伸缩式管内运动机器人。


背景技术：

2.随着机器人技术的不断发展和广泛应用，管内运动机器人在工业和医疗领域的重要性日益凸显。然而，传统的管内机器人存在体积较大、操作灵活性差等问题，限制了它们在复杂管道内进行探测和维护任务的能力。
3.首先，传统的管内机器人通常采用较大的机械结构和传动装置，导致机器人整体体积较大，难以在狭小的管道内自由移动。这是由于传统机器人的设计依赖于复杂的机械结构和传动系统，这限制了它们体积的缩小。
4.其次，传统的管内机器人由于受到机械结构和传动系统的限制，其操作灵活性较差。传统的机械结构和传动系统难以适应复杂管道内的多变环境，例如曲线、分支和狭窄通道等，这使得机器人难以灵活地进行探测和维护任务。
5.为了解决这些问题，研究人员开始借鉴仿生机器人的设计思想，模仿自然界生物的结构和运动方式，以开发更智能、柔软和高效的机器人。在这个过程中，沙蚕成为一个理想的仿生对象，因为它具有柔软、伸缩和可塑性强的特点，能够适应复杂环境下的探测和维护需求。
6.基于以上背景技术，本发明提出了一种仿生变形伸缩式管内运动机器人。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明设计了一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，它模仿了沙蚕的特性。该机器人能够像沙蚕一样伸缩其身体，并在管道内自由移动。与传统的管内机器人相比，它具有更小的尺寸、更高的灵活性和更好的适应性，能够更好地应对各种管道内的探测和维护任务。
8.为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，包括：设于装置两端的固定模块，将两端的固定模块可伸缩连接为一体的伸缩模块；
9.所述固定模块包括：外侧设有若干柱形孔且上表面设有若干贯穿槽的限位盘，与限位盘外侧柱形孔套设且外壁上开有贯穿孔的若干张紧块，穿过限位盘贯穿槽与张紧块外壁贯穿孔套设的若干限位栓，表面开有弧形贯穿槽的凸轮盘，输出轴与凸轮盘中心固定连接的固定步进电机；所述张紧块一端为环状凸块，另一端为柱形轴；所述限位盘上表面中心设有供固定步进电机输出轴的贯穿孔；
10.所述伸缩模块包括：两端设有的两个第一固定限位架，将两个第一固定限位架连接到一起的剪叉伸缩杆，设于任意一个第一固定限位架侧壁上的第二固定限位架，设于第二固定限位架内侧的伸缩步进电机，与伸缩步进电机输出轴一体设置的丝杆，与丝杆套设
且与剪叉伸缩杆连接的连接块。
11.优选地，所述张紧块环状凸块外侧设有条纹可以增加与管壁的摩擦的接触面，同时对不同形状的管壁也有一定的适应性；张紧块本身不具备可展缩的结构，张紧块由凸轮盘和限位盘中的槽共同限制其在径向的位置，从而实现模块的展缩。
12.优选地，所述限位栓底部设有螺纹，通过螺纹旋入张紧块柱形轴中。
13.优选地，所述第一固定限位架外侧上设有若干连接杆，连接杆与固定模块中的限位盘内侧固定连接，第一固定限位架中心设有安装固定步进电机的固定座，第一固定限位架内侧上设有矩形连接凸块，连接凸块与剪叉伸缩杆连接。
14.优选地，所述剪叉伸缩杆包括：由12根连杆两两可转动连接组成两排的剪叉连杆，连接在连杆相接位置使得连杆可沿着连接位置轴心旋转的连接轴。
15.优选地，所述连接凸块侧壁上从上至下依次设有柱形孔及矩形槽，上端的柱形孔与最外侧上方的连接轴可旋转连接，下段的矩形槽最外侧下方的连接轴可滑动连接。
16.优选地，所述第二固定限位架将伸缩步进电机输出轴沿着最外侧的连接轴径向中心布置。
17.优选地，所述连接块内设有内螺纹，与丝杠外螺纹配合，通过连接凸块设有的柱形孔及矩形槽限位，从而将丝杠的旋转转化为连接块的往复运动，在连接块的带动下，实现伸缩模块水平方向的伸缩运动。
18.优选地，所述两第一固定限位架内侧设有可伸缩的防护罩。
19.本发明的有益效果是：
20.本发明的仿生变形伸缩式管内运动机器人在尺寸、灵活性和环境适应性方面具有显著的优势。其具备小巧尺寸和高度灵活性的特点使其能够适应复杂管道环境，并能够准确地执行探测和维护任务。这种机器人的创新设计将为工业和医疗领域中的管道作业提供一种高效、可靠和安全的解决方案。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明的整体轴测结构示意图；
23.图2是本发明的正视结构示意图；
24.图3是本发明的侧视结构示意图；
25.图4是本发明固定模块展开示意图；
26.图5是本发明的固定模块各部分相对位置结构示意图；
27.图6是本发明的固定模块限位块与张紧块配合示意图；
28.图7是本发明的伸缩模块轴测示意图；
29.图8是本发明的伸缩模块正视示意图；
30.图9是本发明的伸缩模块侧视示意图；
31.图10是图7中a处的局部放大图；
32.图11是本发明的伸缩过程示意图；
33.图12是本发明设有防护罩轴测示意图。
34.附图中，各标号所代表的结构名称为：
35.1-固定模块、11-限位盘、12-张紧块、13-限位栓、14-凸轮盘、15-固定步进电机、2-伸缩模块、21-第一固定限位架、22-剪叉伸缩杆、23-第二固定限位架、24-伸缩步进电机、25-丝杠、26-连接块、211-连接杆、212-固定座、213-连接凸块、221-剪叉连杆、222-连接轴、3-防护罩。
具体实施方式
36.实施例1
37.本实施例提供了一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，如图1所示，包括：设于装置两端的固定模块1，将两端的固定模块1可伸缩连接为一体的伸缩模块2；
38.如图3至图6所示，固定模块1包括：外侧设有若干柱形孔且上表面设有若干贯穿槽的限位盘11，与限位盘11外侧柱形孔套设且外壁上开有贯穿孔的若干张紧块12，穿过限位盘11贯穿槽与张紧块12外壁贯穿孔套设的若干限位栓13，表面开有弧形贯穿槽的凸轮盘14，输出轴与凸轮盘14中心固定连接的固定步进电机15；张紧块12一端为环状凸块，另一端为柱形轴；限位盘11上表面中心设有供固定步进电机15输出轴的贯穿孔。
39.如图7及图8所示，固定模块1包括：外侧设有若干柱形孔且上表面设有若干贯穿槽的限位盘11，与限位盘11外侧柱形孔套设且外壁上开有贯穿孔的若干张紧块12，穿过限位盘11贯穿槽与张紧块12外壁贯穿孔套设的若干限位栓13，表面开有弧形贯穿槽的凸轮盘14，输出轴与凸轮盘14中心固定连接的固定步进电机15；张紧块12一端为环状凸块，另一端为柱形轴；限位盘11上表面中心设有供固定步进电机15输出轴的贯穿孔。
40.本发明的机器人采用了优化的变形伸缩设计，通过固定模块1和伸缩模块2的组合，实现了高效的伸缩能力。机器人可以根据管道的形状和尺寸进行自由伸缩，从而适应不同管道的需求。这种优化设计使得机器人能够穿越狭窄和弯曲的管道，并能够在管道内部灵活移动，执行各种任务。
41.在一些实施方式中，具体的如图4及图5所示，张紧块12本身不具备可展缩的结构，张紧块12由凸轮盘14和限位盘11中的槽共同限制其在径向的位置，从而实现模块的展缩。
42.如图5所示，限位栓13底部设有螺纹，通过螺纹旋入张紧块12柱形轴中。如图7至图9所示，第一固定限位架21外侧上设有若干连接杆211，连接杆211与固定模块1中的限位盘11内侧固定连接，第一固定限位架21中心设有安装固定步进电机15的固定座212，第一固定限位架21内侧上设有矩形连接凸块213，连接凸块213与剪叉伸缩杆22连接。
43.如图7及图8所示，剪叉伸缩杆22包括：由12根连杆两两可转动连接组成两排的剪叉连杆221，连接在连杆相接位置使得连杆可沿着连接位置轴心旋转的连接轴222。连接凸块213侧壁上从上至下依次设有柱形孔及矩形槽，上端的柱形孔与最外侧上方的连接轴222可旋转连接，下段的矩形槽最外侧下方的连接轴222可滑动连接；第二固定限位架23将伸缩步进电机24输出轴沿着最外侧的连接轴222径向中心布置。
44.如图7及图8所示，连接块26内设有内螺纹，与丝杠25外螺纹配合，通过连接凸块213设有的柱形孔及矩形槽限位，从而将丝杠25的旋转转化为连接块26的往复运动，在连接
块26的带动下，实现伸缩模块2水平方向的伸缩运动。
45.实施例2：
46.基于实施例1，仿沙蚕的变形伸缩式管内运动机器人在管道中的具体伸缩过程如图11所示，主要分为6个步骤，初始状态两端固定模块1中的张紧块12扩张与管壁接触，接着右端固定模块1张紧块12收缩，伸缩模块2变形伸长，接着右端固定模块1张紧块12扩张固定，然后左端固定模块1张紧块12收缩，伸缩模块2变形缩短，然后左端固定模块1张紧块12扩张再次与管壁接触，完成一次运动过程。
47.实施例3：
48.基于实施例1，在实施例1的基础上，如图6所示，张紧块12环状凸块外侧设有条纹可以增加与管壁的摩擦的接触面，增加对不同形状的管壁的适应性；使得机器人能够更好地保持稳定的运动性能，并在管道内部准确地执行任务。
49.如图12所示，额外在两第一固定限位架21内侧设有可伸缩的防护罩3。护罩可以为机器人提供额外的保护，并防止其在管道内部的淤泥或其它杂物进入伸缩模块2进而影响机器人的正常工作。
50.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，包括：设于装置两端的固定模块(1)，将两端的固定模块(1)可伸缩连接为一体的伸缩模块(2)；所述固定模块(1)包括：外侧设有若干柱形孔且上表面设有若干贯穿槽的限位盘(11)，与限位盘(11)外侧柱形孔套设且外壁上开有贯穿孔的若干张紧块(12)，穿过限位盘(11)贯穿槽与张紧块(12)外壁贯穿孔套设的若干限位栓(13)，表面开有弧形贯穿槽的凸轮盘(14)，输出轴与凸轮盘(14)中心固定连接的固定步进电机(15)；所述张紧块(12)一端为环状凸块，另一端为柱形轴；所述限位盘(11)上表面中心设有供固定步进电机(15)输出轴的贯穿孔；所述伸缩模块(2)包括：两端设有的两个第一固定限位架(21)，将两个第一固定限位架(21)连接到一起的剪叉伸缩杆(22)，设于任意一个第一固定限位架(21)侧壁上的第二固定限位架(23)，设于第二固定限位架(23)内侧的伸缩步进电机(24)，与伸缩步进电机(24)输出轴一体设置的丝杆，与丝杆套设且与剪叉伸缩杆(22)连接的连接块(26)。2.根据权利要求1所述一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，所述张紧块(12)环状凸块外侧设有条纹可以增加与管壁的摩擦的接触面，同时对不同形状的管壁也有一定的适应性；张紧块(12)本身不具备可展缩的结构，张紧块(12)由凸轮盘(14)和限位盘(11)中的槽共同限制其在径向的位置，从而实现模块的展缩。3.根据权利要求1所述一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，所述限位栓(13)底部设有螺纹，通过螺纹旋入张紧块(12)柱形轴中。4.根据权利要求1所述一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，所述第一固定限位架(21)外侧上设有若干连接杆(211)，连接杆(211)与固定模块(1)中的限位盘(11)内侧固定连接，第一固定限位架(21)中心设有安装固定步进电机(15)的固定座(212)，第一固定限位架(21)内侧上设有矩形连接凸块(213)，连接凸块(213)与剪叉伸缩杆(22)连接。5.根据权利要求1所述一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，所述剪叉伸缩杆(22)包括：由12根连杆两两可转动连接组成两排的剪叉连杆(221)，连接在连杆相接位置使得连杆可沿着连接位置轴心旋转的连接轴(222)。6.根据权利要求4所述一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，所述连接凸块(213)侧壁上从上至下依次设有柱形孔及矩形槽，上端的柱形孔与最外侧上方的连接轴(222)可旋转连接，下段的矩形槽最外侧下方的连接轴(222)可滑动连接。7.根据权利要求5所述一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，所述第二固定限位架(23)将伸缩步进电机(24)输出轴沿着最外侧的连接轴(222)径向中心布置。8.根据权利要求1所述一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，所述连接块(26)内设有内螺纹，与丝杠(25)外螺纹配合，通过连接凸块(213)设有的柱形孔及矩形槽限位，从而将丝杠(25)的旋转转化为连接块(26)的往复运动，在连接块(26)的带动下，实现伸缩模块(2)水平方向的伸缩运动。9.根据权利要求1所述一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，其特征在于，所述两第一固定限位架(21)内侧设有可伸缩的防护罩(3)。

技术总结
本发明涉及一种仿生变形伸缩式管内运动机器人，属于管内机器人技术领域。该装置通过模仿沙蚕的特性设计，实现了仿生变形伸缩式管内运动机器人。相比传统的管内机器人，该装置具有更小的尺寸、更高的灵活性和更好的适应性，能够在复杂管道中进行探测和维护任务。该装置包括固定模块和伸缩模块。固定模块包括限位盘、张紧块、限位栓、凸轮盘和固定步进电机。伸缩模块包括第一固定限位架、剪叉伸缩杆、第二固定限位架、伸缩步进电机、丝杆和连接块。因其具备尺寸小巧和高度灵活性的特点，使其能够适应复杂管道环境，并能够准确地执行探测和维护任务。这种机器人的创新设计将为工业和医疗领域中的管道作业提供一种高效、可靠和安全的解决方案。解决方案。解决方案。


技术研发人员：吴嘉宁 姜伟 陈政 赵郁文 黄荻崴 陈欣欣
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/5