[实用新型]一种排水管道机器人行走机构用的螺旋滚筒

说明书

本实用新型公开了一种排水管道机器人行走机构用的螺旋滚筒，所述螺旋滚筒上设置有螺旋叶片，螺旋叶片的高度为17.5mm、螺旋角为45°。通过对本实用新型的螺旋滚筒在水中运动时，外部流场以及推进力的分析，所述螺旋滚筒推进效果最好，推进力最大。

技术领域

本实用新型涉及排水管道机器人技术领域，具体是一种排水管道机器人行走机构用的螺旋滚筒。

背景技术

日本的Kenji Nagaoka和Masatsugu Otsuki等人对螺旋滚筒在松软土壤的运动建立了三维模型，并分析了其在松软土壤上的动力学特性，建立了螺旋叶片进入土中时整个螺旋滚筒的推进力公式，公式的适用条件较为苛刻，考虑的是螺旋滚筒叶片切入土壤的面积为一定值，根据地面力学的理论，螺旋叶片切割土壤产生正应力和切应力，两者的合力在螺旋滚筒轴向的分力即为推进力，对单位面积的的合力进行积分可得到整个螺旋滚筒的推进力，由于没有考虑流变的影响，因此其推进力为一定值，而且由于一些原因的限制，并没有进行实车实验测试进行验证，所以该理论研究结果和实际结果存在着一定的偏差，还需要通过实验来论证和修正。

华中农业大学的学者樊启洲和华南农业大学的学者邵耀坚，对螺旋滚筒在黏土上的推进力做了深入的研究，他们通过选用P-K体作为土壤的力学模型，计算了恒应力和恒速情况下单位面积的应力表达式，用有限元法对螺旋叶片与土壤接触的整个面积进行积分，最终得到了螺旋滚筒的推进力公式，其后还专门研制了一套实验设备用于研究螺旋滚筒的推进性能，该理论计算结果能通过实验较好的验证，其成果为后人的研究提供了很宝贵的参考资料。解放军军事交通学院的学者赵玉凡、陈军等人利用地面力学的原理，通过建立螺旋滚筒叶片上任意一点运动轨迹的数学模型，推导出了螺旋滚筒在饱和粘土中的推进力公式，但其只研究了一片螺旋叶片的推进力，并没有考虑螺旋滚筒有效长度对螺旋滚筒推进力的影响，因此有一定的局限性。最近的研究成果是装甲兵工程学院的郭晓林教授，其对螺旋推进力的计算进行了仿真分析，建立了螺旋滚筒三维运动学模型和动力学模型，综合考虑了环境因素对推进力的影响，利用软件对动力学模型进行了仿真，计算了推进力与滑转率的关系，但其没有研究推进力与螺旋滚筒螺旋角之间的关系。

螺旋推进机构是一种适用于复杂环境的推进机构，可适用于土壤和水中，目前国内外对螺旋推进机构的研究也大多研究其在土壤上的运动情况，对于其在水中运动的研究较少。

排水管道机器人的行走机构的重要性能包括：行走机构尺寸大小、成本、行走速度以及对环境的适应能力。结合上述性能，现有的管道机器人的行走机构均存在其局限性，为了解决上述问题本文提出将螺旋推进结构和麦克纳姆轮相结合的复合行走机构，定义水位高于机身为满水管道，其他情况为非满水管道，满水管道中螺旋推进结构为主要行走方式，在非满水管道中，麦克纳姆轮为主要行走方式，

发明内容

本实用新型的目的是提供一种排水管道机器人行走机构用螺旋滚筒。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种排水管道机器人行走机构用的螺旋滚筒，包括筒体，筒体上设置有螺旋叶片，螺旋叶片的高度为17.5mm、螺旋角为45°。

当机器人的螺旋滚筒与管道的内壁或管中淤泥等接触时，螺旋叶片与管道内壁或淤泥摩擦，驱动管道机器人前进，接触面积大，不会打滑；当机器人的螺旋滚筒悬浮在水中时，螺旋叶片相当于螺旋桨，螺旋叶片转动向后排水驱动管道机器人前进。

优选地，所述螺旋叶片的端面轮廓成顶部的水平线和两侧对称的弧线。这样设计的螺旋叶片，使用寿命长、结构稳定，与筒体连接牢靠。

优选地，螺旋滚筒整体呈锥梭形，筒体的两端具有圆锥形的堵头。两端堵头，防止水或污物等进入滚筒中，且圆锥形设计可以减少水带给滚筒的阻力。