一种地下管廊巡查的履带及腿部双运动模式爬行机器人的制作方法

1.本发明涉及爬行机器人领域，具体涉及一种地下管廊巡查的履带及腿部双运动模式爬行机器人。


背景技术：

2.地下综合管廊是一种有别于地铁这类服务于大众日常通勤时的地下隧道，管廊中间涵盖了电缆、光缆、生活用水、生产废水、天然气供应等等本分开埋在地下的管道。地下综合走廊内部的各类管道错综复杂，有可能会产生泄露、触电、爆炸等危险情况，为了保证城市大动脉的运输安全，需要进行及时检测监察。
3.在现有的国内外巡查方式中，地下管廊巡查方式一般分为人工巡检、轮式机器人巡检、履带式机器人巡检和轨道式机器人巡检，这些巡检方式都存在一定的弊端。
4.其中人工巡检需要付出更多的人力成本，在出现如燃气泄漏等情况时，不能保证巡检人员的人生安全。轮式机器人的轮式机构结构固定，运动范围受限，使得巡检范围较小，环境适应性较差。履带式机器人由于履带机构多边形效应，使得运动效率较差。轨道式机器人则受限于轨道，在管道弯曲折断的情况下可能会失去工作能力。


技术实现要素：

5.本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种安全可靠，越障能力好，应急能力好的地下管廊巡查的履带及腿部双运动模式爬行机器人。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种地下管廊巡查的履带及腿部双运动模式爬行机器人，包括机体和相对设置于机体两侧的履带装置，履带装置由若干履带轮和套接于履带轮上的履带组成；其特征在于，所述履带轮包括主动履带轮和被动履带轮，相对设置的履带装置外侧设有爬行支腿，爬行支腿连接于被动履带轮上；所述机体内设有与主动履带轮相连接的履带运动机构，且履带运动机构上套接有履带转动机构；所述被动履带轮内设有与爬行支腿相连接的支腿运动锁紧机构；所述履带装置内外两侧分别形成有近端履带连接板和外端履带连接板，履带转动机构与近端履带连接板，且近端履带连接板与所有主动履带轮和被动履带轮相连，支腿运动锁紧机构上形成有与外端履带连接板卡接的定位销。
7.作为本发明的一种优选方案，所述机体包括端部相连的上部支撑板和下部支撑板，履带运动机构和履带转动机构分别固定设置于上部支撑板和下部支撑板上。
8.作为本发明的一种优选方案，所述履带运动机构包括相连接的第一直流电动机和内轴，内轴连接于主动履带轮中部，且内轴与主动履带轮同步转动，内轴与第一直流电动机之间设有相连接的第一减速器和第一联轴器。
9.作为本发明的一种优选方案，所述履带转动机构包括相连接的第二直流电动机和外轴，外轴套接于内轴外，内外轴与内轴同心设置，且外轴上设有与近端履带连接板相连接的法兰盘，第二直流电动机与外轴之间设有相连接的第二减速器和第二联轴器。
10.作为本发明的一种优选方案，所述第二联轴器与外轴之间设有斜齿轮和斜齿轮轴，斜齿轮套接于外轴上，且斜齿轮与外轴同步转动，斜齿轮轴与第二联轴器相连。
11.作为本发明的一种优选方案，所述支腿运动锁紧机构包括第三直流电动机、螺杆、螺母、连接件、推动件和伸缩杆，第三直流电动机与螺杆之间设有相连接的第三联轴器，螺母螺纹连接于螺杆上，连接件和推动件分别连接于螺母的内外两侧。
12.作为本发明的一种优选方案，所述螺杆和螺母形成丝杆滑块结构，螺母带动连接件和推动件沿螺杆的长度方向移动，连接件内设有与被动履带轮相连接的连接架，连接架对连接件起到导向作用，螺母外壁与连接架内壁相抵，被动履带轮上形成有与连接件相适配的卡槽。
13.作为本发明的一种优选方案，所述伸缩杆两端分别位于推动件和定位销的移动路径上，且伸缩杆两端均为球体结构，定位销和伸缩杆上均套接有复位弹簧，定位销端部也形成有与伸缩杆端部相适配的球体结构。
14.作为本发明的一种优选方案，所述爬行支腿包括内筒和套接于内筒外的外筒，内筒与支腿运动锁紧机构相连，且内筒与外筒之间设有直线轴承，内筒外还套接有减震弹簧，外筒端部设有橡胶座，橡胶座上设有橡胶垫。
15.作为本发明的一种优选方案，所述履带装置包括一个主动履带轮和至少两个被动履带轮，被动履带轮上均设有相连接的支腿运动锁紧机构和爬行支腿。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、采用了双工作模式，在日常工作环境中，使用履带式机构，在保证良好的运动性能和一定的越障能力，在遇到特殊情况时，使用腿式机构，提供良好的越障能力，保证了环境适应性和应急能力；2、腿部在收纳状态时固定设置于履带装置上，不影响履带装置的正常使用，且腿部在使用状态时转动展开，通过支腿运动锁紧机构带动腿部的移动和摆动；3、使用对称结构与四足支撑，在运动过程中能保持结构稳定性，信息采集更为准确；4、在信息采集过程中，可以灵活使用双工作模式，扩展机器人的活动空间，使得信息采集更为全面；5、在抬升跨越等动作时，履带装置的转动角度与自由度较大，不易倾覆；6、采用的双向内外筒减震模块，缓冲减震，提高零部件的使用寿命，同时延迟响应，避免产生碰撞。
附图说明
17.图1是本发明的主视图；图2是履带运动机构和履带转动机构的安装剖面图；图3是支腿运动锁紧机构和爬行支腿的剖面图；图4是本发明的系统框图；附图标记：下部支撑板1，上部支撑板2，第一直流电动机3，第一减速器4，第一联轴器5，内轴6，履带轮7，履带8，第二直流电动机9，第二减速器10，第二联轴器11，斜齿轮轴12，斜齿轮13，外轴14，法兰盘15，近端履带连接板16，第三直流电动机17，第三联轴器18，螺杆
19，连接架20，连接件21，螺母22，推动件23，伸缩杆24，外端履带连接板25，复位弹簧26，定位销27，内筒28，直线轴承29，外筒30，减震弹簧31，橡胶座32，橡胶垫33。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
19.如图1-4所示，一种地下管廊巡查的履带及腿部双运动模式爬行机器人，包括机体和相对设置于机体两侧的履带装置，履带装置由若干履带轮7和套接于履带轮7上的履带8组成；所述履带轮7包括主动履带轮和被动履带轮，相对设置的履带装置外侧设有爬行支腿，爬行支腿连接于被动履带轮上；所述机体内设有与主动履带轮相连接的履带运动机构，且履带运动机构上套接有履带转动机构；所述被动履带轮内设有与爬行支腿相连接的支腿运动锁紧机构；所述履带装置内外两侧分别形成有近端履带连接板16和外端履带连接板25，履带转动机构与近端履带连接板16，且近端履带连接板16与所有主动履带轮和被动履带轮相连，支腿运动锁紧机构上形成有与外端履带连接板25卡接的定位销27。
20.主动履带轮与履带8相啮合，在主动履带轮的转动过程中带动履带8传动，被动履带轮也与履带8相啮合，履带8传动过程中带动被动履带轮的同步转动。
21.机体内还设有控制系统，控制系统与履带运动机构、履带转动机构和支腿运动锁紧机构之间通过导线相连，控制系统包括plc和通讯模块，通讯模块可与外界计算机或手机相连，在控制系统的作用下可驱动履带运动机构、履带转动机构和支腿运动锁紧机构运动。
22.近端履带连接板16和外端履带连接板25围成履带装置的基本结构，履带8与主动履带轮相啮合，在主动履带轮过程中带动履带8的传动，从而同步带动被动履带轮的转动，近端履带连接板16和外端履带连接板25用于支撑所有的主动履带轮和被动履带轮。
23.机体上设置有与控制系统相连接的摄像头，从而在机体移动过程中，摄像头用于捕捉地下管廊内的影像，通过通讯模块将影像传输至计算机或手机内。
24.机体包括端部相连的上部支撑板2和下部支撑板1，履带运动机构和履带转动机构分别固定设置于上部支撑板2和下部支撑板1上，从而使得机体内的受力均匀，便于履带运动机构和履带转动机构的安装定位。
25.履带运动机构包括相连接的第一直流电动机3和内轴6，内轴6连接于主动履带轮中部，且内轴6与主动履带轮同步转动，内轴6与第一直流电动机3之间设有相连接的第一减速器4和第一联轴器5。
26.第一直流电动机3通过第一减速器4和第一联轴器5带动内轴6转动，而内轴6与主动履带轮之间通过键和键槽的方式连接，从而内轴6与主动履带轮同步转动，实现在第一直流电动机3的作用下带动主动履带轮的转动，带动履带8传动，实现整体机体在履带8传动过程中进行移动。
27.履带转动机构包括相连接的第二直流电动机9和外轴14，外轴14套接于内轴6外，内外轴14与内轴6同心设置，且外轴14上设有与近端履带连接板16相连接的法兰盘15，第二直流电动机9与外轴14之间设有相连接的第二减速器10和第二联轴器11。
28.内轴6与外轴14之间设有轴承，从而内轴6与外轴14在转动过程中互不干涉，外轴14通过法兰盘15与近端履带连接板16连接，从而在外轴14的作用下实现履带装置的整体转动，从而调节履带装置与机体之间的角度，便于履带装置的过障操作。
29.第二联轴器11与外轴14之间设有斜齿轮13和斜齿轮轴14，斜齿轮13套接于外轴14上，且斜齿轮13与外轴14同步转动，斜齿轮轴14与第二联轴器11相连，斜齿轮13和斜齿轮轴14形成斜齿轮啮合传动，可实现对第二直流电动机9的输出位置进行偏置，从而满足外轴14套接于内轴6上的要求。
30.斜齿轮13和斜齿轮轴14相啮合，斜齿轮13与外轴14之间通过键和键槽的方式同步转动。
31.支腿运动锁紧机构包括第三直流电动机17、螺杆19、螺母22、连接件21、推动件23和伸缩杆24，第三直流电动机17与螺杆19之间设有相连接的第三联轴器18，螺母22螺纹连接于螺杆19上，连接件21和推动件23分别连接于螺母22的内外两侧。
32.螺杆19和螺母22形成丝杆滑块结构，螺母22带动连接件21和推动件23沿螺杆19的长度方向移动，连接件21内设有与被动履带轮相连接的连接架20，连接架20对连接件21起到导向作用，螺母22外壁与连接架20内壁相抵，且被动履带轮上形成有与连接件21相适配的卡槽。
33.伸缩杆24两端分别位于推动件23和定位销27的移动路径上，且伸缩杆24两端均为球体结构，定位销27和伸缩杆24上均套接有复位弹簧26，定位销27端部也形成有与伸缩杆24端部相适配的球体结构，定位销27和伸缩杆24上形成有与复位弹簧26相抵的限位环。
34.第三直流电动机17通过第三联轴器18与螺杆19相连，在螺杆19的转动过程中，带动螺母22的伸缩式移动，连接件21和推动件23固定连接于螺母22上，连接件21与螺母22之间通过螺钉固定连接，推动件23与螺母22之间通过螺栓固定连接，推动件23端部形成弯折结构，且推动件23端部形成斜面。
35.在连接件21和推动件23的伸缩移动过程中，连接架20外壁始终与内动履带轮相抵，从而起到对连接件21的导向作用，使得连接件21在移动过程中具有更好的稳定性，当连接件21移动至卡槽后内，在履带8传动作用下带动被动履带轮的转动，而被动履带轮的转动带动连接件20的同步转动，从而带动爬行支腿绕螺杆19方向转动。
36.支腿运动锁紧机构与被动履带轮之间通过连接件21和被动履带轮连接，从而在被动履带轮的转动过程中带动支腿运动锁紧机构的转动，在连接件21移动至卡槽后内后，通过履带8的反复转动带动被动履带轮的反复传动，从而通过连接架20的转动实现支腿运动锁紧机构上的爬行支腿的摆动。
37.当爬行支腿处于收起状态时，此时定位销27插接于外端履带连接板25，支腿运动锁紧机构与外端履带连接板25相连，从而实现支腿运动锁紧机构与履带装置固定连接，此时爬行支腿不影响履带装置的运动。
38.此时推动件23的弯折处与伸缩杆24相抵，伸缩杆24上的复位弹簧26位于收缩状态，伸缩杆24位于定位销27的移动路径上，从而在伸缩杆24的作用下对定位销27进行压紧，使得定位销27插接于外端履带连接板25内，定位销27上的复位弹簧26也位于收缩状态。
39.而当爬行支腿处于使用状态时，此时定位销27脱离外端履带连接板25，支腿运动锁紧机构只与被动履带轮相连，通过履带8的反复转动带动被动履带轮的反复转动，从而通过连接架20的转动实现支腿运动锁紧机构上的爬行支腿的摆动，使得支腿运动锁紧机构转动至使用位置。
40.此时连接件21与被动履带轮卡接，推动件23与连接件21同步移动，使得推动件23
与伸缩杆24顶部相抵，伸缩杆24在复位弹簧26的作用下回弹，使得伸缩杆24不与定位销27接触，从而定位销27在复位弹簧26的作用下回弹，定位销27与外端履带连接板25脱开。
41.爬行支腿包括内筒28和套接于内筒28外的外筒30，内筒28与支腿运动锁紧机构相连，且内筒28与外筒30之间设有直线轴承29，内筒28外还套接有减震弹簧31，外筒30端部设有橡胶座32，橡胶座32上设有橡胶垫33。
42.内筒28通过螺栓与支腿运动锁紧机构相连，从而在支腿运动锁紧机构的转动或摆动过程中，同步带动内筒28的转动或摆动，在直线轴承29作用下，使得内筒28与外筒30不会脱开，且内筒28与外筒30之间可产生相对滑动，减震弹簧31用于对内筒28与外筒30之间的移动进行减震，橡胶垫33用于与地下管廊表面相接触，增大地下管廊表面与爬行支腿之间的接触面积。
43.履带装置包括一个主动履带轮和一个被动履带轮，被动履带轮上均设有相连接的支腿运动锁紧机构和爬行支腿，优选的，履带装置包括一个主动履带轮和一个被动履带轮，从而整体机体上设有4个履带装置，分别对应4个主动履带轮和4条爬行支腿，4个履带装置独立控制，具有更好的灵活性，4条爬行支腿对机体进行支撑，具有更好的稳定性。
44.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
45.尽管本文较多地使用了图中附图标记：下部支撑板1，上部支撑板2，第一直流电动机3，第一减速器4，第一联轴器5，内轴6，履带轮7，履带8，第二直流电动机9，第二减速器10，第二联轴器11，斜齿轮轴12，斜齿轮13，外轴14，法兰盘15，近端履带连接板16，第三直流电动机17，第三联轴器18，螺杆19，连接架20，连接件21，螺母22，推动件23，伸缩杆24，外端履带连接板25，复位弹簧26，定位销27，内筒28，直线轴承29，外筒30，减震弹簧31，橡胶座32，橡胶垫33等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。