一种用于管道内壁工作的软体气动机器人的制作方法

本实用新型涉及爬管机器人技术领域，具体为一种用于管道内壁工作的软体气动机器人。

背景技术：

管道运输在工业领域以及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，由于其具有狭长的内部结构，因此管道内的清洗、喷涂等工作不仅困难，并且需要较高的成本，而使用管道机器人则可以降低管道的维护成本。管道内部的狭长结构要求管道机器人应具有较高的灵活性和适应性，与刚性机器人相比，软材料制成的气动软体机器人更加适合这种工作。

技术实现要素：

针对管道内维护困难的问题，本实用新型提供了一种用于管道内壁工作的软体气动机器人，其能在管道内爬升并且可以在管道内进行喷涂或者清洗等工作。

其技术方案是这样的：一种用于管道内壁工作的软体气动机器人，其特征在于：其包括前端膨胀固定结构、真空收缩结构、末端膨胀固定结构和尾部喷涂结构，所述真空收缩结构位于所述前端膨胀固定结构和所述末端膨胀固定结构之间，所述真空收缩结构的两端分别与所述前端膨胀固定结构和所述末端膨胀固定结构连接，所述前端膨胀固定结构通过管道一与气源连接，所述末端膨胀固定结构通过管道二与气源连接，所述真空收缩结构通过管道三与抽真空装置连接，所述尾部喷涂结构连接有管道四，所述尾部喷涂结构侧壁上开设有喷涂孔。

其进一步特征在于：

所述前端膨胀固定结构包括前端支撑件和前端环形膨胀装置，所述前端支撑件呈圆柱形，所述前端环形膨胀装置位于所述前端支撑件的侧壁；所述末端膨胀固定结构包括末端支撑件和末端环形膨胀装置，所述末端支撑件呈圆柱形，所述末端环形膨胀装置位于所述末端支撑件的侧壁；

所述真空收缩结构一端与所述前端支撑件底部连接，另一端与所述末端支撑件顶部连接；

所述真空收缩结构包括收缩框架和包覆在所述收缩框架外侧的薄膜，所述薄膜用于包裹所述收缩框架并使所述真空收缩结构形成一个封闭空间；所述收缩框架内部设有空腔，所述管道三与所述空腔连接；

所述收缩框架内的空腔沿z轴方向逐层布置，每一层包含大于一个的所述空腔，同一层空腔之间的间距大于相邻层空腔之间的间距；

位于奇数层的所述空腔到所述收缩框架侧壁的距离大于位于偶数层的所述空腔到所述收缩框架侧壁的距离；

位于偶数层的所述空腔到所述收缩框架侧壁的距离大于位于奇数层的所述空腔到所述收缩框架侧壁的距离；

相邻层的所述空腔分别上下间隔布置。

本实用新型的有益效果为：通过前端膨胀固定结构、末端膨胀固定结构对本装置进行固定，通过真空收缩结构来促使本装置进行移动从而调整其在管道内的位置，而且移动过程中通过尾部喷涂结构可以对管道内壁进行喷涂或者清洗等工作，同时结构简单便于组装，制作成本低。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为整体结构的剖视示意图；

图3为前端环形膨胀装置剖视示意图；

图4为尾部喷涂结构剖视示意图；

图5为充放气顺序图。

具体实施方式

如图1-图4所示的一种用于管道内壁工作的软体气动机器人，其包括前端膨胀固定结构100、真空收缩结构3、末端膨胀固定结构101和尾部喷涂结构6，真空收缩结构3位于前端膨胀固定结构100和末端膨胀固定结构101之间，真空收缩结构3的两端分别与前端膨胀固定结构100和末端膨胀固定结构101连接（粘接或者其它固定连接方式），前端膨胀固定结构100通过管道一10与气源连接，末端膨胀固定结构101通过管道二7与气源连接，真空收缩结构3通过管道三8与抽真空装置连接，尾部喷涂结构6连接有管道四9，管道四9用于连接存储喷涂液体的加压容器，尾部喷涂结构6侧壁上开设有喷涂孔（图中未示出）。

具体的，前端膨胀固定结构100包括前端支撑件1和前端环形膨胀装置2，前端支撑件1呈圆柱形，前端环形膨胀装置2位套设于前端支撑件1的侧壁，并且两者过盈配合，并且前端环形膨胀装置2内置有空腔通过管道注入气体使其膨胀增大体积；类似的，末端膨胀固定结构101包括末端支撑件4和末端环形膨胀装置5，末端支撑件4呈圆柱形，末端环形膨胀装置5位于末端支撑件4的侧壁。真空收缩结构3一端与前端支撑件1底部用胶水粘接，另一端与末端支撑件4顶部用胶水粘接。

真空收缩结构3通过收缩来缩短前端膨胀固定结构100和末端膨胀固定结构101之间的距离，这样当一端（前端膨胀固定结构100或者末端膨胀固定结构101）固定时，通过真空收缩结构3收缩使另一端移动，然后再使另一端固定原来的固定端松开，通过真空收缩结构3膨胀促使其移动，实现在管道内爬升或者下降，为了实现这种目的，真空收缩结构3可以直接采用气囊或者其它软体弹性封闭结构。本实施例中，真空收缩结构3包括收缩框架31和包覆在收缩框架31外侧的薄膜，薄膜用于包裹收缩框架31并使真空收缩结构3形成一个封闭空间；收缩框架3内部设有长方体形状空腔32，管道三8伸入薄膜内与空腔连接，通过抽真空装置抽去真空收缩结构3内的空气，使空腔32缩小实现收缩。作为优选的，收缩框架31内的空腔沿z轴方向逐层布置，其中z轴方向以图2中的z轴坐标为基准，图2中为7层，每一层包含大于一个空腔32，同一层空腔32之间的间距d大于相邻层空腔32之间的间距d，这里同一层空腔32之间的结构称为垂直厚梁，相邻层空腔32之间的结构称为水平薄梁，采用这样的结构，在抽真空时，水平薄梁会优先发生形变向空腔32内凹陷，使真空收缩结构3沿z轴方向先收缩，同时，为了减小不同层的空腔32在收缩时发生干涉，如图2所示，相邻层的空腔32分别上下间隔布置。另外，位于奇数层的空腔32到收缩框架31侧壁的距离大于位于偶数层的空腔32到收缩框架31侧壁的距离，或者，位于偶数层的空腔32到收缩框架31侧壁的距离大于位于奇数层的空腔32到收缩框架31侧壁的距离；结合附图2，图中共有7层框架，位于奇数层的空腔32到收缩框架31侧壁的距离a大于位于偶数层的空腔32到收缩框架31侧壁的距离a，这样在抽真空时，偶数层的空腔32侧壁会先发生收缩，且收缩程度比奇数层的空腔32的侧壁更大，这样在收缩时可以使真空收缩结构3侧壁产生波浪形状或者凹凸形状。采用了上述结构，相比较整体采用气囊的结构，由于收缩是由通过抽去空腔32中的气体来实现的，相较于抽去整个结构内的空气，整个收缩过程更加快速，同时采用水平薄梁和垂直厚梁，能使整个结构优先发生z轴方向的收缩形变，z向收缩更为快速，而如果类似于整体气囊那样抽去所有的空气，横向和z向都逐渐均匀收缩，这个过程更为漫长；另外，奇偶层侧壁厚度不一，这样设计能够在收缩时自动并且均匀产生波浪形的收缩形状，类似于折痕，更进一步加快收缩速度，同时由于自动产生该形状不需要额外的工艺去制作，制作工艺更为简便。

本装置可以通过3d打印来制造，需要发生形变的结构（例如前端环形膨胀装置2、末端环形膨胀装置5、真空收缩结构3）可以为超弹性硅胶，其余刚性结构（例如前端支撑件1、末端支撑件4）可以选择不锈钢或者塑料等较硬的材料，真空收缩结构3制作出后用薄膜对其进行包裹密封（底部留一小孔，连接抽真空装置），尾部喷涂装置6与末端支撑件4粘结，该结构侧壁布满针尖大小的孔，在加压液体开关打开时，该结构侧壁可以喷出细密的小液珠，从而完成管道内壁的喷涂或清洗。该机器人可以在有转弯、倾斜、以及直径在一定范围内变化的管道中爬行，其尾部还通过软管与外部的加压液体相连接，可以在移动的同时对管道内壁进行全方位的清洗或喷涂。

结合附图5，是机器人充放气一个周期的顺序图，数字代表相应的结构，实线代表驱动状态，虚线代表泄压状态。其中前端环形膨胀装置2和末端环形膨胀装置5的驱动方式为加压，真空收缩结构3的驱动方式为抽真空，尾部喷涂装置6与高压液体相连，在机器人运动过程中始终处于驱动状态。第一阶段，前端环形膨胀装置2充气固定，第二阶段真空收缩结构3抽真空，带动末端环形膨胀装置5移动，第三阶段末端环形膨胀装置5固定，第四阶段，前端环形膨胀装置2泄压、真空收缩结构3泄压回复初始形状，使得前端环形膨胀装置2移动，第五阶段，前端环形膨胀装置2固定，从而实现机器人的移动。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

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