一种仿生蠕动式管道行走机构及其控制方法

摘要

本发明涉及一种仿生蠕动式管道行走机构及其控制方法，其特征是由前体节径向支撑单元与后体节径向支撑单元在中间轴向进给单元的两端对称设置构成；通过协调径向支撑单元与管道内壁之间的周期性间歇式径向胀缩运动以及中间轴向进给单元的周期性间歇式轴向伸缩运动，模仿蠕虫体节的运动步态和规律在管道内蠕动行走。通过搭载相应工具，本发明可代替人工进行各种管道作业任务，也可实施垂直井下矿难探测与救援等任务，具有形体简单紧凑、运行平稳可靠、控制容易、制造成本低廉、可多场合应用等优点。

主权项

一种仿生蠕动式管道行走机构，其特征是：由前体节径向支撑单元(1)与后体节径向支撑单元(3)在中间轴向进给单元(2)的两端对称设置构成；所述前体节径向支撑单元(1)和后体节径向支撑单元(3)具有相同的结构形式，是沿壳体的外圆周均匀分布至少两只可径向伸缩的撑爪(18)和与所述撑爪(18)处在同一母线位置上的导向滚轮(22)；所述中间轴向进给单元(2)是由前节段(2A)和后节段(2B)构成，所述前节段和后节段相互间沿轴向可相对运动，形成轴向长度可伸缩的中间轴向进给单元(2)；在所述前体节径向支撑单元(1)与中间轴向进给单元(2)之间，以及在所述后体节径向支撑单元(3)与中间轴向进给单元(2)之间分别以前万向节(4)、后万向节(5)联接；所述前体节径向支撑单元(1)和后体节径向支撑单元(3)的结构设置均为：第一直流减速电机(27)固定安装在第一圆筒支座(25)上，第一直流减速电机(27)的输出轴通过第一联轴器(47)与第一传动轴(7)相联；第一传动轴(7)为一阶梯轴，通过分别在两端安装的第一角接触球轴承(9)和第二角接触球轴承(48)支承于第二圆筒支座(6)与第一圆筒支座(25)之间；双面凸轮(8)与第一传动轴(7)固联，并位于第二圆筒支座(6)与第一圆筒支座(25)之间；在所述双面凸轮(8)的各凸轮槽中分别嵌装有凸轮滚子(10)，所述凸轮滚子(10)通过推杆(13)与对应位置上的撑爪连接板(16)固联，所述撑爪(18)与撑爪连接板(16)由撑爪万向结(17)相连接；所述仿生蠕动式管道行走机构的控制方法是按如下步骤进行：在所述前体节径向支撑单元(1)和后体节径向支撑单元(3)中，是以第一直流减速电机(27)同轴驱动各自双面凸轮(8)；在所述中间轴向进给单元(2)中，是以第二直流减速电机(28)同轴驱动中心主轴(36)；按照所述前体节径向支撑单元(1)、后体节径向支撑单元(3)与中间轴向进给单元(2)的不同运动状态，将所述仿生蠕动式管道行走机构在管内向左蠕动行走一个步距的时间设定为一个动作周期T，在一个动作周期T中按如下步骤控制：Ⅰ、起始状态：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最大伸长状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；Ⅱ、在0～T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)停止旋转；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到T/6的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最大伸长状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最小缩回状态；Ⅲ、在T/6～2T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)匀速旋转180°；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到2T/6处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最小缩短状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最小缩回状态；Ⅳ、在2T/6～3T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)停止旋转；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到3T/6处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最小缩短状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；Ⅴ、在3T/6～4T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)停止旋转；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到4T/6处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最小缩回状态，中间轴向进给单元(2)处于最小缩短状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；Ⅵ、在4T/6～5T/6的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)匀速旋转180°；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到5T/6处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最小缩回状态，中间轴向进给单元(2)处于最大伸长状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；Ⅶ、在5T/6～T的时间段中：前体节径向支撑单元(1)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转中间轴向进给单元(2)中的第二直流减速电机(28)停止旋转；后体节径向支撑单元(3)中的第一直流减速电机(27)匀速旋转达到T处的状态为：前体节径向支撑单元(1)的撑爪(18)处于最大撑起状态，中间轴向进给单元(2)处于最大伸长状态，后体节径向支撑单元(3)的撑爪(18)处于最大撑起状态；所述n为凸轮滚子的个数。