狭小空间中柔性管体送进装置的制作方法
专利名称：狭小空间中柔性管体送进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种狭小空间中柔性管体送进装置，主要用于废墟搜救以及狭缝探测
等领域。
背景技术：
近年来多发的地震灾难和建筑倒塌事件使越来越多的科研工作者开始关注此类 事故的援救工作。而从才发生不久的5. 12汶川大地震的惨重人员伤亡数据可以看出，国内 依然缺乏高效的应对这类紧急灾难的救援措施。基于此种现状，研究人员深入研究与之对 应的救援工具及手段，从而促成了各种各样的救援机器人的诞生。 本发明基于的便是一种"地震搜救机器人"，即一种面向地震灾难应用、能够在废 墟缝隙中运动与探测的机器人系统。该机器人的主要执行机构类似一根伸进废墟的传统内 窥镜，在其柔性本体上安装一些驱动装置、信息采集装置和辅助救援装置，使它在操作人员 的操控下能够检测到废墟中幸存者的位置并可立即实施辅助救援。 经过反复模拟及现场实验，发现此机器人系统研究的一大难题便是柔性本体的送 进问题。由于废墟内空间狭小且环境复杂，所以一般采用的是在废墟外采用适当装置将柔 性本体"推进"废墟。但由于本体的柔性，能推进的距离相当有限，从而很大程度地限制了 机器人的应用范围。本发明所解决的就是柔性本体的送进问题，采用一个小尺寸且可沿柔 性本体移动的装置，在送进本体的过程中可以在本体后部"推进"，也可在本体前部"拉进"，
从而延长了柔性本体的送进距离，进而扩展了机器人的搜救范围。
发明内容
本发明的目的在于，针对运用常规推进装置实现的柔性管体推进距离不足的问 题，提供一种狭小空间中柔性管体送进装置。 为达到上述目的，本发明的构思是基于柔性管体的力学特性，以及相关实验，我 们得到一些经验若将驱动装置放于管体后部"推进"，送进效果往往不佳。因为前部柔性管 体会因为障碍物的阻碍而弯转，使得推进力偏离轴向而失效，从而出现管体"卡死"的状态。 但若将驱动装置放于管体前部"拉进"，送进效果会好很多。因为在前部驱动装置所在处，驱
动力始终是沿着柔性管体的轴向，而即便是后部管体有弯转，被"拉进"至驱动装置处，轴向 也是沿驱动力方向，因此驱动力对驱动装置之后的柔性管体始终有效。当然，当装置拉进柔 性管体一段距离之后，装置前端的管体同样也积累了一段距离，也同样会出现"推进"中的
"卡死"问题，此时便应该让驱动装置沿管体向前爬行至一个靠近前端的位置，再"拉进"。如
此往复，便可实现柔性管体的长距离送进。
根据上述的构思，本发明采用如下技术方案 结构上，本装置分为两部分驱动部分和支脚部分。两部分之间采用柔性连接(如 细钢链等)，以便于柔性体转弯。 驱动部分是有一个由两半对合成两端为台锥形体、中间段为圆柱形体的基座，该
3基座有中心孔与柔性管体滑配，基座的中间段圆柱形体对合的每一个半圆柱体上均有凹槽 分别各安装如下机构一个微型高力矩直流电机通过电机支座固定安装在基座上，该直流 电机的输出轴上固定安装一个主动锥齿轮，该主动锥齿轮与一个传动锥齿轮啮合，该传动 锥齿轮与一个驱动橡胶摩擦轮同轴安装；两个半圆柱形体上的两个对称布置的驱动橡胶摩 擦轮夹持摩擦推动所述柔性管体。工作时，启动电机，电机轴转动经过齿轮组将运动和力矩 传递到摩擦轮上，进而通过摩擦轮与柔性管体间的摩擦力带动管体运动。四个模块绕轴轴 向分布，使管体径向受力平衡。且基座成两半对称，便于安装和卸载。 支架部分是由两半对合成四棱柱形体的一个前基体和一个后基体，该前基体和 后基体有中心孔与被驱动柔性管体滑配，前基体的前端和后基体的后端分别固定连接周向
均布的四个前支脚座和四个后支脚座，四个前支脚座和四个后支脚座分别与四个前支脚的 前端和四个后支脚的后端铰连，四个前支脚的后端分别与四个后支脚的前端铰连。每个铰 连处都装有扭簧，根据支架的初始位置需要，装在以上三个铰连位置的扭簧分别为9(T 、 180° 、90° 。在扭簧的力矩作用下，支脚有自动收拢复位的功能。同时在每个前支架上安 装有一个延展条，以便在装置沿柔性管体后退时找到着力支点。 本发明与现有技术相比较，具有如下实质性特点和显著优点本发明体积小，装卸 方便，且运动灵活。其关键原理在于利用本装置与被驱动柔性管体之间相对运动本装置静 止时，可利用驱动力使被驱动柔性管体前进与后退；被驱动柔性管体静止时，可利用驱动力 使本装置前进与后退。因此，当推进距离一定时，可通过反复改变推进装置的位置而延长总 推进距离。
图1是本发明的一个实施例的结构示意图。 图2是驱动部分放大结构示意图(其中图(a)为正放图，图(b)为俯放图，图(c) 为斜视图)。 图3是张开状态的支脚部分放大结构示意图。
图4是收拢状态的支脚部分放大结构示意图。
具体实施例方式
本发明的优选实施例结合
如下
实施例一 参见图l，本狭小空间中柔性管体送进装置包括驱动部分和支脚部分，该两部分之 间采用柔性连接。
实施例二 本实施例与实施例一基本相同，特别之处是 参见图1和图2，驱动部分是有一个由两半对合成两端为台锥形体、中间段为圆 柱形体的基座l，该基座1有中心孔与柔性管体7滑配，基座1的中间段圆柱形体对合的每 一个半圆柱体上均有凹槽分别各安装如下机构一个微型高力矩直流电机5通过电机支座 4固定安装在基座1上，该直流电机5的输出轴上固定安装一个主动锥齿轮3，该主动锥齿 轮3与一个传动锥齿轮2啮合，该传动锥齿轮2与一个驱动橡胶摩擦轮6同轴安装；两个半 圆柱形体上的两个对称布置的驱动橡胶摩擦轮6夹持摩擦推动所述柔性管体7。
参见图1 、图3和图4，支脚部分是由两半对合成四棱柱形体的一个前基体8和一 个后基体16，该前基体8和后基体16有中心孔与被驱动柔性管体7滑配，前基体8的前端 和后基体16的后端分别固定连接周向均布的四个前支脚座9和四个后支脚座15，四个前支 脚座9和四个后支脚座15分别与四个前支脚12的前端和后支脚14的后端铰连，四个前支 脚12的后端分别与四个后支脚14的前端铰连。四个前支脚12上用螺钉分别固定四个延 长的支脚13。 参见图3，该状态为装置支脚张开到最大角度的极限状态。此状态下装置相对于废 墟静止，驱动力驱动柔性管体运动。 参见图4，该状态为装置支脚收拢到最小角度的极限状态。此状态下柔性管体处于 "卡死"，即管体相对于废墟静止，装置驱动力驱动装置本身沿管体运动。
本送进装置的操作步骤如下 1)先将柔性管体伸进废墟至最大长度，至此废墟内柔性管体卡死。 2)将本送进装置安装到柔性管体后端，装置驱动部分与支脚部分用细钢链柔性连接。 3)启动驱动部分中的四个直流电机5，使装置沿管体向废墟内的管体前端前进； 到达管体前端后立即反向驱动该四个直流电机5，使装置沿管体后退，当装置后退至卡死点 时，支脚13会挂到废墟，因而受一定阻力后支脚13自动张开；随着装置继续后退，支脚13 继续张开，最大张开至前后支架间约成90。，张开后的支脚13更容易找到稳固的力支撑 点。之后随着直流电机5的继续驱动，装置在支脚13的支撑下无法继续后退，从而反向驱 动柔性管体继续前进。 4)柔性管体继续前进一段距离后，前端管体可能又"卡死"，然后重复步骤(3)，反 复推进柔性管体前进。
权利要求
一种狭小空间中柔性管体送进装置，包括驱动部分和支脚部分，该两部分之间采用柔性连接。
2. 根据权利要求1所述的狭小空间中柔性管体送进装置，其特征在于，所述的驱动部 分是有一个由两半对合成两端为台锥形体、中间段为圆柱形体的基座(l)，该基座(1)有 中心孔与柔性管体(7)滑配，基座(1)的中间段圆柱形体对合的每一个半圆柱体上均有凹 槽分别各安装如下机构一个微型高力矩直流电机(5)通过电机支座(4)固定安装在基座(1)上，该直流电机(5)的输出轴上固定安装一个主动锥齿轮(3)，该主动锥齿轮(3)与一 个传动锥齿轮(2)啮合，该传动锥齿轮(2)与一个驱动橡胶摩擦轮(6)同轴安装；两个半圆 柱形体上的两个对称布置的驱动橡胶摩擦轮(6)夹持摩擦推动所述柔性管体(7)。
3. 根据权利要求1所述的狭小空间中柔性管体送进装置，其特征在于，所述的支脚部 分是由两半对合成四棱柱形体的一个前基体(8)和一个后基体(16)，该前基体(8)和后 基体(16)有中心孔与被驱动柔性管体(7)滑配，前基体(8)的前端和后基体(16)的后端 分别固定连接周向均布的四个前支脚座(9)和四个后支脚座(15)，四个前支脚座(9)和四 个后支脚座(15)分别与四个前支脚(12)的前端和四个后支脚(14)的后端铰连，四个前支 脚(12)的后端分别与四个后支脚(14)的前端铰连。
4. 根据权利要求3所述的狭小空间中柔性管体送进装置，其特征在于，所述铰连处均 采用弹簧铰链连接，所用弹簧铰链中的扭矩弹簧(10)在三个不同的铰连处初始角度不同， 分别是前支脚座(9)与前支脚(12)之间用的弹簧铰链中扭矩弹簧的初始角为90。、前支 脚(12)与后支脚(11)之间用的铰链中扭矩弹簧初始角为180° 、后支脚(11)与后支脚座 之间用的铰链中扭矩弹簧初始角为90。。
全文摘要
本发明涉及一种狭小空间中柔性管体送进装置。本装置包括驱动部分和支脚部分，两部分之间采用柔性连接。使用前，先用其他方法及装置将柔性管体伸进废墟至最大长度，至此废墟内柔性管体卡死。然后将本装置安装到柔性管体后端，启动电机，使装置沿管体向废墟内的管体前端前进。当装置到达管体前端后立即反向驱动各电机，使装置沿管体后退。当装置后退至卡死点时，支脚会挂到废墟，因而受一定阻力后支脚自动张开。随着装置继续后退，支脚继续张开，最大张开至前后支架间约成90°，张开后的支脚更容易找到稳固的力支撑点。之后随着电机的继续驱动，装置在支脚的支撑下无法继续后退，从而反向驱动柔性管体继续前进。柔性管体继续前进一段距离后，前端管体可能又“卡死”，然后重复以上步骤，反复推进柔性本体前进。本发明能有效地提高柔性管在狭小空间中的送进效果，其操作简单，适于废墟搜救及管道探测等应用。
文档编号A62B99/00GK101732809SQ20091020054
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者余见能, 徐草, 沈林勇, 章亚男, 钱晋武 申请人:上海大学
技术领域：
本发明涉及一种狭小空间中柔性管体送进装置，主要用于废墟搜救以及狭缝探测
等领域。
背景技术：
近年来多发的地震灾难和建筑倒塌事件使越来越多的科研工作者开始关注此类 事故的援救工作。而从才发生不久的5. 12汶川大地震的惨重人员伤亡数据可以看出，国内 依然缺乏高效的应对这类紧急灾难的救援措施。基于此种现状，研究人员深入研究与之对 应的救援工具及手段，从而促成了各种各样的救援机器人的诞生。 本发明基于的便是一种"地震搜救机器人"，即一种面向地震灾难应用、能够在废 墟缝隙中运动与探测的机器人系统。该机器人的主要执行机构类似一根伸进废墟的传统内 窥镜，在其柔性本体上安装一些驱动装置、信息采集装置和辅助救援装置，使它在操作人员 的操控下能够检测到废墟中幸存者的位置并可立即实施辅助救援。 经过反复模拟及现场实验，发现此机器人系统研究的一大难题便是柔性本体的送 进问题。由于废墟内空间狭小且环境复杂，所以一般采用的是在废墟外采用适当装置将柔 性本体"推进"废墟。但由于本体的柔性，能推进的距离相当有限，从而很大程度地限制了 机器人的应用范围。本发明所解决的就是柔性本体的送进问题，采用一个小尺寸且可沿柔 性本体移动的装置，在送进本体的过程中可以在本体后部"推进"，也可在本体前部"拉进"，
从而延长了柔性本体的送进距离，进而扩展了机器人的搜救范围。
发明内容
本发明的目的在于，针对运用常规推进装置实现的柔性管体推进距离不足的问 题，提供一种狭小空间中柔性管体送进装置。 为达到上述目的，本发明的构思是基于柔性管体的力学特性，以及相关实验，我 们得到一些经验若将驱动装置放于管体后部"推进"，送进效果往往不佳。因为前部柔性管 体会因为障碍物的阻碍而弯转，使得推进力偏离轴向而失效，从而出现管体"卡死"的状态。 但若将驱动装置放于管体前部"拉进"，送进效果会好很多。因为在前部驱动装置所在处，驱
动力始终是沿着柔性管体的轴向，而即便是后部管体有弯转，被"拉进"至驱动装置处，轴向 也是沿驱动力方向，因此驱动力对驱动装置之后的柔性管体始终有效。当然，当装置拉进柔 性管体一段距离之后，装置前端的管体同样也积累了一段距离，也同样会出现"推进"中的
"卡死"问题，此时便应该让驱动装置沿管体向前爬行至一个靠近前端的位置，再"拉进"。如
此往复，便可实现柔性管体的长距离送进。
根据上述的构思，本发明采用如下技术方案 结构上，本装置分为两部分驱动部分和支脚部分。两部分之间采用柔性连接(如 细钢链等)，以便于柔性体转弯。 驱动部分是有一个由两半对合成两端为台锥形体、中间段为圆柱形体的基座，该
3基座有中心孔与柔性管体滑配，基座的中间段圆柱形体对合的每一个半圆柱体上均有凹槽 分别各安装如下机构一个微型高力矩直流电机通过电机支座固定安装在基座上，该直流 电机的输出轴上固定安装一个主动锥齿轮，该主动锥齿轮与一个传动锥齿轮啮合，该传动 锥齿轮与一个驱动橡胶摩擦轮同轴安装；两个半圆柱形体上的两个对称布置的驱动橡胶摩 擦轮夹持摩擦推动所述柔性管体。工作时，启动电机，电机轴转动经过齿轮组将运动和力矩 传递到摩擦轮上，进而通过摩擦轮与柔性管体间的摩擦力带动管体运动。四个模块绕轴轴 向分布，使管体径向受力平衡。且基座成两半对称，便于安装和卸载。 支架部分是由两半对合成四棱柱形体的一个前基体和一个后基体，该前基体和 后基体有中心孔与被驱动柔性管体滑配，前基体的前端和后基体的后端分别固定连接周向
均布的四个前支脚座和四个后支脚座，四个前支脚座和四个后支脚座分别与四个前支脚的 前端和四个后支脚的后端铰连，四个前支脚的后端分别与四个后支脚的前端铰连。每个铰 连处都装有扭簧，根据支架的初始位置需要，装在以上三个铰连位置的扭簧分别为9(T 、 180° 、90° 。在扭簧的力矩作用下，支脚有自动收拢复位的功能。同时在每个前支架上安 装有一个延展条，以便在装置沿柔性管体后退时找到着力支点。 本发明与现有技术相比较，具有如下实质性特点和显著优点本发明体积小，装卸 方便，且运动灵活。其关键原理在于利用本装置与被驱动柔性管体之间相对运动本装置静 止时，可利用驱动力使被驱动柔性管体前进与后退；被驱动柔性管体静止时，可利用驱动力 使本装置前进与后退。因此，当推进距离一定时，可通过反复改变推进装置的位置而延长总 推进距离。
图1是本发明的一个实施例的结构示意图。 图2是驱动部分放大结构示意图(其中图(a)为正放图，图(b)为俯放图，图(c) 为斜视图)。 图3是张开状态的支脚部分放大结构示意图。
图4是收拢状态的支脚部分放大结构示意图。
具体实施例方式
本发明的优选实施例结合
如下
实施例一 参见图l，本狭小空间中柔性管体送进装置包括驱动部分和支脚部分，该两部分之 间采用柔性连接。
实施例二 本实施例与实施例一基本相同，特别之处是 参见图1和图2，驱动部分是有一个由两半对合成两端为台锥形体、中间段为圆 柱形体的基座l，该基座1有中心孔与柔性管体7滑配，基座1的中间段圆柱形体对合的每 一个半圆柱体上均有凹槽分别各安装如下机构一个微型高力矩直流电机5通过电机支座 4固定安装在基座1上，该直流电机5的输出轴上固定安装一个主动锥齿轮3，该主动锥齿 轮3与一个传动锥齿轮2啮合，该传动锥齿轮2与一个驱动橡胶摩擦轮6同轴安装；两个半 圆柱形体上的两个对称布置的驱动橡胶摩擦轮6夹持摩擦推动所述柔性管体7。
参见图1 、图3和图4，支脚部分是由两半对合成四棱柱形体的一个前基体8和一 个后基体16，该前基体8和后基体16有中心孔与被驱动柔性管体7滑配，前基体8的前端 和后基体16的后端分别固定连接周向均布的四个前支脚座9和四个后支脚座15，四个前支 脚座9和四个后支脚座15分别与四个前支脚12的前端和后支脚14的后端铰连，四个前支 脚12的后端分别与四个后支脚14的前端铰连。四个前支脚12上用螺钉分别固定四个延 长的支脚13。 参见图3，该状态为装置支脚张开到最大角度的极限状态。此状态下装置相对于废 墟静止，驱动力驱动柔性管体运动。 参见图4，该状态为装置支脚收拢到最小角度的极限状态。此状态下柔性管体处于 "卡死"，即管体相对于废墟静止，装置驱动力驱动装置本身沿管体运动。
本送进装置的操作步骤如下 1)先将柔性管体伸进废墟至最大长度，至此废墟内柔性管体卡死。 2)将本送进装置安装到柔性管体后端，装置驱动部分与支脚部分用细钢链柔性连接。 3)启动驱动部分中的四个直流电机5，使装置沿管体向废墟内的管体前端前进； 到达管体前端后立即反向驱动该四个直流电机5，使装置沿管体后退，当装置后退至卡死点 时，支脚13会挂到废墟，因而受一定阻力后支脚13自动张开；随着装置继续后退，支脚13 继续张开，最大张开至前后支架间约成90。，张开后的支脚13更容易找到稳固的力支撑 点。之后随着直流电机5的继续驱动，装置在支脚13的支撑下无法继续后退，从而反向驱 动柔性管体继续前进。 4)柔性管体继续前进一段距离后，前端管体可能又"卡死"，然后重复步骤(3)，反 复推进柔性管体前进。
权利要求
一种狭小空间中柔性管体送进装置，包括驱动部分和支脚部分，该两部分之间采用柔性连接。
2. 根据权利要求1所述的狭小空间中柔性管体送进装置，其特征在于，所述的驱动部 分是有一个由两半对合成两端为台锥形体、中间段为圆柱形体的基座(l)，该基座(1)有 中心孔与柔性管体(7)滑配，基座(1)的中间段圆柱形体对合的每一个半圆柱体上均有凹 槽分别各安装如下机构一个微型高力矩直流电机(5)通过电机支座(4)固定安装在基座(1)上，该直流电机(5)的输出轴上固定安装一个主动锥齿轮(3)，该主动锥齿轮(3)与一 个传动锥齿轮(2)啮合，该传动锥齿轮(2)与一个驱动橡胶摩擦轮(6)同轴安装；两个半圆 柱形体上的两个对称布置的驱动橡胶摩擦轮(6)夹持摩擦推动所述柔性管体(7)。
3. 根据权利要求1所述的狭小空间中柔性管体送进装置，其特征在于，所述的支脚部 分是由两半对合成四棱柱形体的一个前基体(8)和一个后基体(16)，该前基体(8)和后 基体(16)有中心孔与被驱动柔性管体(7)滑配，前基体(8)的前端和后基体(16)的后端 分别固定连接周向均布的四个前支脚座(9)和四个后支脚座(15)，四个前支脚座(9)和四 个后支脚座(15)分别与四个前支脚(12)的前端和四个后支脚(14)的后端铰连，四个前支 脚(12)的后端分别与四个后支脚(14)的前端铰连。
4. 根据权利要求3所述的狭小空间中柔性管体送进装置，其特征在于，所述铰连处均 采用弹簧铰链连接，所用弹簧铰链中的扭矩弹簧(10)在三个不同的铰连处初始角度不同， 分别是前支脚座(9)与前支脚(12)之间用的弹簧铰链中扭矩弹簧的初始角为90。、前支 脚(12)与后支脚(11)之间用的铰链中扭矩弹簧初始角为180° 、后支脚(11)与后支脚座 之间用的铰链中扭矩弹簧初始角为90。。
全文摘要
本发明涉及一种狭小空间中柔性管体送进装置。本装置包括驱动部分和支脚部分，两部分之间采用柔性连接。使用前，先用其他方法及装置将柔性管体伸进废墟至最大长度，至此废墟内柔性管体卡死。然后将本装置安装到柔性管体后端，启动电机，使装置沿管体向废墟内的管体前端前进。当装置到达管体前端后立即反向驱动各电机，使装置沿管体后退。当装置后退至卡死点时，支脚会挂到废墟，因而受一定阻力后支脚自动张开。随着装置继续后退，支脚继续张开，最大张开至前后支架间约成90°，张开后的支脚更容易找到稳固的力支撑点。之后随着电机的继续驱动，装置在支脚的支撑下无法继续后退，从而反向驱动柔性管体继续前进。柔性管体继续前进一段距离后，前端管体可能又“卡死”，然后重复以上步骤，反复推进柔性本体前进。本发明能有效地提高柔性管在狭小空间中的送进效果，其操作简单，适于废墟搜救及管道探测等应用。
文档编号A62B99/00GK101732809SQ20091020054
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者余见能, 徐草, 沈林勇, 章亚男, 钱晋武 申请人:上海大学
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