一种基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人

1.本技术属于管道机器人技术领域，具体涉及一种基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人。


背景技术：

2.微型管道在船舶、航空、石油化工等工业领域具有广泛应用，其内部状态对设备的安全运行具有重要影响。随着使用，管道内部不可避免地会出现裂痕、腐蚀、淤积等问题。如果不及时处理，一旦发生事故会带来巨大的经济损失。因此，非常有必要对管道定期进行检测和维护。目前，管道内检测技术主要有漏磁检测、超声测厚检测、超声裂纹检测、几何检测等；但是微型管道内径小，管壁薄，管道形状复杂、弯折较多且常与众多管道一起交错固定在不规则曲面上。使用常规检测和清理方法对其进行检测和清理的工期长，成本高还存在管路及其相关装置的拆卸问题。进而，微型管道内检测机器人逐渐发展成为微型管道内部状态检测和清理的一种有效的工具。但是现有微型管道机器人仍然存在行进速度慢，难以顺利通过弯管，自适应性差难以通过变径管等问题。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
4.为了解决上述问题，本技术提供了一种基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，包括：基壳、弹性件、尾盖、后盖、牵引绳、驱动组件及锚固组件；
5.每两个所述基壳之间设置有弹性件及尾盖，所述后盖滑动设置于所述基壳内部，所述牵引绳穿过所述弹性件设置于所述后盖与相邻所述基壳上的所述尾盖之间，所述驱动组件设置于所述基壳上，用于带动所述后盖在所述基壳内滑动，所述锚固组件设置于所述基壳上，用于将所述基壳固定在管道内。
6.可选的，所述驱动组件包括：滑槽、滑块及第一记忆合金丝；
7.所述基壳上开设有若干滑槽，所述滑块穿过所述滑槽设置于所述后盖外圆周上，所述第一记忆合金丝第一端与所述基壳固定连接，所述第一记忆合金丝第二端与所述滑块相连接。
8.可选的，还包括前盖，所述前盖设置于所述基壳上，所述前盖内部为镂空圆筒结构，用于容纳所述弹性件。
9.可选的，所述后盖上设置有若干第一固定环，所述前盖上设置有若干第二固定环，所述牵引绳第一端与所述后盖固定连接，所述牵引绳第二端交替穿过所述第一固定环、第二固定环及所述弹性件与所述尾盖固定连接。
10.可选的，所述基壳外圆周上开设有若干细通槽，所述第一记忆合金丝设置于所述细通槽内。
11.可选的，所述锚固组件包括：铰接座、支撑杆、扭簧、接触头及第二记忆合金丝；
12.所述铰接座设置于所述基壳上，所述支撑杆第一端与所述铰接座之间设置有连接
轴，所述扭簧设置于所述连接轴上，所述接触头设置于所述支撑杆第二端上，所述第二记忆合金丝第一端与所述基壳相连接，所述第二记忆合金丝第二端与所述支撑杆相连接。
13.可选的，所述接触头为半圆形结构。
14.可选的，所述接触头球面上设置有加强层。
15.可选的，所述弹性件为螺旋压缩弹簧。
16.可选的，所述基壳两侧设置有凸台，所述凸台上开设有固定孔。
17.有益效果
18.本实用新型的实施例中所提供的一种基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，结构简单，具有较快的行进速度，良好柔性，良好自适应性，能顺利通过弯管、变径管、竖直管等多种不同管道。
附图说明
19.图1为本技术基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人的第一视角的结构图；
20.图2为本技术基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人的第二视角的结构图；
21.图3为本技术基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人的基壳剖视结构图；
22.图4为本技术基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人的后盖结构图；
23.图5为本技术基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人的前盖结构图；
24.图6为本技术基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人的拆解结构图；
25.图7为本技术基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人的图6中a处局部放大结构图；
26.图8为本技术基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人的图6中b处局部放大结构图。
27.附图标记表示为：
28.1、基壳；2、弹性件；3、尾盖；4、后盖；5、牵引绳；6、驱动组件；61、滑槽；62、滑块；63、第一记忆合金丝；7、锚固组件；71、铰接座；72、支撑杆；73、扭簧；74、接触头；75、第二记忆合金丝；8、前盖；9、第一固定环；10、第二固定环；11、细通槽；12、凸台。
具体实施方式
29.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机
械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
33.结合参见图1-8所示，根据本技术的实施例，一种基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，包括：基壳1、弹性件2、尾盖3、后盖4、牵引绳5、驱动组件6及锚固组件7；每两个所述基壳1之间设置有弹性件2及尾盖3，所述后盖4滑动设置于所述基壳1内部，所述牵引绳5穿过所述弹性件2设置于所述后盖4与相邻所述基壳1上的所述尾盖3之间，所述驱动组件6设置于所述基壳1上，用于带动所述后盖4在所述基壳1内滑动，所述锚固组件7设置于所述基壳1上，用于将所述基壳1固定在管道内。
34.具体的，本基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人由多个基壳1组成，基壳1为中空的管状结构，在每两个的基壳1之间均通过弹性件2及尾盖3依次连接，尾盖3与基壳1的前端固定连接，弹性件2安装在另一基壳1与尾盖3之间，通过将弹性件2安装在基壳1之间，使其具有良好的柔性，自适能力强，便于穿过弯管处。锚固组件7安装在基壳1外壁面上，其能够将基壳1固定在管道内部，能够根据需要选择固定的位置，最前端的基壳1上的锚固组件7与管壁固定后，驱动组件6带动安装在基壳1内部的后盖4向前移动，在牵引绳5长度一定的情况下，后盖4向前移动即可带动后侧的基壳1向前产生位移，从而实现机器人在管道内移动，此过程中会压缩弹性件2，在驱动组件6不提供驱动力时，最后端的基壳1上的锚固组件7展开抵住管壁，压缩的弹性件2在弹性力的作用下带动后盖4回到初始位置，此过程中最后端的基壳1由于锚固组件7的固定其位置并不改变，因此，弹性件2恢复到初始长度时，会带动其余基壳1继续向前移动，实现其在管内不断地移动，具有较快的行进速度，较强的负重能力，其结构简单，能顺利通过弯管、变径管、竖直管等多种不同管道。
35.所述驱动组件6包括：滑槽61、滑块62及第一记忆合金丝63；
36.所述基壳1上开设有若干滑槽61，所述滑块62穿过所述滑槽61设置于所述后盖4外圆周上，所述第一记忆合金丝63第一端与所述基壳1固定连接，所述第一记忆合金丝63第二端与所述滑块62相连接。
37.具体的，管状的基壳1上等间隔开设有多个方形弧向凹槽，其用于为安装在后盖4上的滑块62提供轨道，第一记忆合金丝63为形状记忆合金丝，其具有形状记忆效应，通过形状记忆合金丝受热恢复到原始的形状使其产生回复位移和回复力，为滑块62带动后盖4在基壳1内移动提供动力，因此，对第一记忆合金丝63通电后其会受热缩短能够拉动滑块62在滑槽61内滑动，进而带动基壳1内的后盖4移动，并通过牵引绳5拉动后侧的基壳1移动，实现基壳1在管道内移动，当对第一记忆合金丝63断电后，第一记忆合金丝63自然冷却，压缩的弹性件2恢复到自然状态时拉伸第一记忆合金丝63，使其恢复到形变后的长度。
38.还包括前盖8，所述前盖8设置于所述基壳1上，所述前盖8内部为镂空圆筒结构，用于容纳所述弹性件2。
39.具体的，前盖8固定安装在基壳1上，前盖8能够对滑块62进行限位，而且前盖8的内部为镂空的圆筒结构，能够对弹性件2进行约束及固定，实现对两个基壳1之间的弹性件2进行连接。
40.所述后盖4上设置有若干第一固定环9，所述前盖8上设置有若干第二固定环10，所述牵引绳5第一端与所述后盖4固定连接，所述牵引绳5第二端交替穿过所述第一固定环9、第二固定环10及所述弹性件2与所述尾盖3固定连接。
41.具体的，若干个第一固定环9安装在后盖4上，若干个第二固定环10安装在前盖8上，第一固定环9的个数与第二固定环10的个数相同，牵引绳5第一端与后盖4固定连接，第二端交替地穿过第一固定环9及第二固定环10内再穿过弹性件2与尾盖3连接，这样在后盖4与前盖8产生相对位移时，通过多个第一固定环9及第二固定环10对牵引绳5进行拉伸，进而能够放大前盖8与后盖4之间的输出位移，使牵引绳5末端产生的位移达到前盖8与后盖4相对位移的数倍，提高机器人在管内的移动速度。
42.所述基壳1外圆周上开设有若干细通槽11，所述第一记忆合金丝63设置于所述细通槽11内。
43.具体的，细通槽11用于对第一记忆合金丝63进行放置及限位，使其带动滑块62移动更加稳定。
44.所述锚固组件7包括：铰接座71、支撑杆72、扭簧73、接触头74及第二记忆合金丝75；
45.所述铰接座71设置于所述基壳1上，所述支撑杆72第一端与所述铰接座71之间设置有连接轴，所述扭簧73设置于所述连接轴上，所述接触头74设置于所述支撑杆72第二端上，所述第二记忆合金丝75第一端与所述基壳1相连接，所述第二记忆合金丝75第二端与所述支撑杆72相连接。
46.具体的，支撑杆72的移动铰接在铰接座71上，能够围绕铰接座71旋转，扭簧73安装在连接轴上，为支撑杆72提供向外的弹力，使支撑杆72向外转动从而使接触头74抵住管壁，实现将基壳1固定在管内，第二记忆合金丝75为形状记忆合金丝，其具有形状记忆效应，通过形状记忆合金丝受热恢复到原始的形状使其产生回复力，拉动支撑杆72向基壳1移动，从而使接触头74远离管壁，实现基壳1与管壁之间的脱离，可根据使用需求进行切换。
47.所述接触头74为半圆形结构。
48.所述接触头74球面上设置有加强层。
49.具体的，接触头74为半圆形结构，其外表面附着有具有摩擦系数高的加强层，这样接触头74与管壁接触时，摩擦强度更高，对基壳1的固定稳定性能更强。
50.所述弹性件2为螺旋压缩弹簧。
51.具体的，弹性件2为螺旋压缩弹簧，也可为其它中空的弹性件2，在此不一一赘述。
52.所述基壳1两侧设置有凸台12，所述凸台12上开设有固定孔。
53.具体的，凸台12安装在基壳1的两侧，通过固定孔可将前盖8及尾盖3固定安装在基壳1上，安装后的连接稳定性更强。
54.工作原理
55.以图1为例，形状记忆合金丝具有结构简单、体积较小等优点。将形状记忆合金丝作为驱动元件时，一般采用对形状记忆合金丝施加电流来改变其温度，使其轴向长度发生改变的方法来驱动与形状记忆合金丝连接的零部件移动。首先，最左端的锚固组件7抵住管壁，接通电源使除最左端基壳1上的第二记忆合金丝75全部通电，其受热缩短恢复原始的形状，因此实现其他基壳1上的锚固组件7不与管壁接触，再接通电源使第一记忆合金丝63通
电，第一记忆合金丝63受热缩短到原始的形状，从而带动后盖4向左移动，由于牵引绳5的长度一定，因此能够带动后侧的基壳1向左移动，同时会压缩基壳1之间的弹性件2，移动完毕后，最右端基壳1上的锚固组件7抵住管壁，接通电源使除最右端基壳1上的第二记忆合金丝75全部通电，其受热缩短到原始的形状，因此实现其他基壳1上的锚固组件7不与管壁接触，此时，第一记忆合金丝63断电后，第一记忆合金丝63自然冷却，压缩的弹性件2恢复到自然状态拉伸第一记忆合金丝63，使其恢复到形变后的长度，由于最右端的基壳1被锚固组件7固定于管道内，因此，弹性件2恢复自然状态下时，能够带动基壳1向左移动。通过控制系统有规律地对第一记忆合金丝63及第二记忆合金丝75进行通断电控制，实现机器人在管道内周期运动，从而实现蠕动式前进。
56.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，包括：基壳(1)、弹性件(2)、尾盖(3)、后盖(4)、牵引绳(5)、驱动组件(6)及锚固组件(7)；每两个所述基壳(1)之间设置有弹性件(2)及尾盖(3)，所述后盖(4)滑动设置于所述基壳(1)内部，所述牵引绳(5)穿过所述弹性件(2)设置于所述后盖(4)与相邻所述基壳(1)上的所述尾盖(3)之间，所述驱动组件(6)设置于所述基壳(1)上，用于带动所述后盖(4)在所述基壳(1)内滑动，所述锚固组件(7)设置于所述基壳(1)上，用于将所述基壳(1)固定在管道内。2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述驱动组件(6)包括：滑槽(61)、滑块(62)及第一记忆合金丝(63)；所述基壳(1)上开设有若干滑槽(61)，所述滑块(62)穿过所述滑槽(61)设置于所述后盖(4)外圆周上，所述第一记忆合金丝(63)第一端与所述基壳(1)固定连接，所述第一记忆合金丝(63)第二端与所述滑块(62)相连接。3.根据权利要求2所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，还包括前盖(8)，所述前盖(8)设置于所述基壳(1)上，所述前盖(8)内部为镂空圆筒结构，用于容纳所述弹性件(2)。4.根据权利要求3所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述后盖(4)上设置有若干第一固定环(9)，所述前盖(8)上设置有若干第二固定环(10)，所述牵引绳(5)第一端与所述后盖(4)固定连接，所述牵引绳(5)第二端交替穿过所述第一固定环(9)、第二固定环(10)及所述弹性件(2)与所述尾盖(3)固定连接。5.根据权利要求4所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述基壳(1)外圆周上开设有若干细通槽(11)，所述第一记忆合金丝(63)设置于所述细通槽(11)内。6.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述锚固组件(7)包括：铰接座(71)、支撑杆(72)、扭簧(73)、接触头(74)及第二记忆合金丝(75)；所述铰接座(71)设置于所述基壳(1)上，所述支撑杆(72)第一端与所述铰接座(71)之间设置有连接轴，所述扭簧(73)设置于所述连接轴上，所述接触头(74)设置于所述支撑杆(72)第二端上，所述第二记忆合金丝(75)第一端与所述基壳(1)相连接，所述第二记忆合金丝(75)第二端与所述支撑杆(72)相连接。7.根据权利要求6所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述接触头(74)为半圆形结构。8.根据权利要求7所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述接触头(74)球面上设置有加强层。9.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述弹性件(2)为螺旋压缩弹簧。10.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，其特征在于，所述基壳(1)两侧设置有凸台(12)，所述凸台(12)上开设有固定孔。

技术总结
本申请提供了一种基于形状记忆合金驱动的微型管道机器人，包括：基壳、弹性件、尾盖、后盖、牵引绳、驱动组件及锚固组件；每两个所述基壳之间设置有弹性件及尾盖，所述后盖滑动设置于所述基壳内部，所述牵引绳穿过所述弹性件设置于所述后盖与相邻所述基壳上的所述尾盖之间，所述驱动组件设置于所述基壳上，用于带动所述后盖在所述基壳内滑动，所述锚固组件设置于所述基壳上，用于将所述基壳固定在管道内。本实用新型属于管道机器人技术领域，其结构简单，具有较快的行进速度，良好柔性，良好自适应性，能顺利通过弯管、变径管、竖直管等多种不同管道。管道。管道。


技术研发人员：李晨铭 彭照畅 陈卓 邱俊程 赵群超
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/7/19