[0030] 本发明阐述了一种管道机器人，位于管道内，其包括机器人壳体2，所述机器人壳体2与管道内壁弹性接触；其特征在于：还包括设置在机器人壳体2内的惯性激振机构；所述惯性激振机构包括旋转动力源、非圆齿轮传动机构和至少2个相同的偏心机构，所有偏心机构圆周均布在一平面；所述偏心机构包括绕转轴转动的偏心质量块；旋转动力源通过非圆齿轮传动机构驱动偏心质量绕转轴转动；每个偏心质量块的转速大小一致，所有偏心质量块产生的偏心力的合力在平面上的分力为0；所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮1，以及与直接与偏心质量块同轴安装并驱动偏心质量块转动的从动非圆齿轮6；此平面与与机器人移动方向成a角，0°
[0031] 本发明实施例中，所述偏心机构为2个，2个所述偏心机构之间同步圆柱齿轮传动，所述旋转动力源驱动一个偏心机构转动。
[0032] 本发明实施例中，所述非圆齿轮传动机构包括一对或多对非圆齿轮，相接触的两个非圆齿轮之间轮齿相互啮合。
[0033] 本发明实施例中，所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮1，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮6；主动非圆齿轮1与从动非圆齿轮6轮齿相啮合；从动非圆齿轮6节曲线的阶数为1，从动非圆齿轮6的长轴与偏心质量块回转中心和其质心的连线平行或垂直。
[0034] 本发明实施例中，所述非圆齿轮传动机构中包括被旋转动力源直接或间接驱动的主动非圆齿轮1，以及与偏心质量块同轴转动的从动非圆齿轮6；所述非圆齿轮传动机构中从动非圆齿轮6节曲线的阶数>1。
[0035] 本发明实施例中，所述非圆齿轮传动机构中从动非圆齿轮6节曲线的阶数为偶数。
[0036] 本发明实施例中，所述机器人壳体2与管道内壁仅依靠弹性支撑足接触，所述弹性支承足包括弹簧10和滑靴11；所述滑靴11上有固定的套筒，所述机器人壳体2表面有导向杆，滑靴11的套筒与导向杆间隙配合，弹簧10置于滑靴11和机器人壳体2之间。
[0037] 本发明实施例中，所述机器人壳体2与管道内壁仅依纤维接触。
[0038] 本发明实施例中，所述机器人壳体2与管道内壁仅依靠弹性支撑足接触，所述弹性支承足包括弹簧10、轮子15、单向轴承14和回转轴13；轮子15通过单向轴承14安装在回转轴13上，回转轴13上有一个固定的套筒，机器人壳体 2表面有导向杆，套筒与导向杆间隙配合，弹簧10置于轮子15和机器人壳体2 之间。
[0039] 本发明实施例中，旋转动力源可以用电动机，液压马达，气动马达，柴油机等。
[0040] 本发明实施例中，如图1所示，惯性驱动管道机器人主要包括机器人壳体2，惯性激振机构和弹性支承足。
[0041] 具体而言，惯性激振机构由电机、一对或多对非圆齿轮、一对圆形齿轮和两个偏心质量块组成；电机与机器人壳体2固定连接；电机输出轴与主动非圆齿轮1连接，主动非圆齿轮1通过锁紧螺母与转动轴三16连接；从动非圆齿轮6通过花键或者过盈配合与转动轴二8连接；主动非圆齿轮1和从动非圆齿轮6的中心连线与惯性驱动管道机器人运动方向平行；主动圆齿轮9通过花键或者过盈配合与转动轴二8连接；从动圆齿轮3通过花键或者过盈配合与转动轴一4连接；主动圆齿轮9和从动圆齿轮3的回转转动轴连线与惯性驱动管道机器人前进方向垂直；主动圆齿轮9和从动圆齿轮3关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；偏心质量块一7通过锁紧螺母与转动轴二8连接；偏心质量块二5通过锁紧螺母与转动轴一4连接；偏心质量块一7与偏心质量块二5的回转转动轴连线与惯性驱动管道机器人前进方向垂直；偏心质量块一7与偏心质量块二5关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；
转动轴一4与转动轴二8的轴线与惯性驱动管道机器人前进方向垂直；转动轴一4与转动轴二8关于其回转中心连线的垂直平分线对称布置；转动轴一4与转动轴二8的轴向和径向与机器人壳体2间隙配合连接，转动轴一4与转动轴二8可以相对于机器人壳体2轻松转动。
[0042] 在此实施例中，偏心质量块二5与偏心质量块一7在旋转时产生惯性力，可以将该惯性力分解为惯性驱动管道机器人运动方向和垂直于惯性驱动管道机器人运动方向。惯性驱动管道机器人运动过程中仅需要惯性激振机构为惯性驱动机器人提供运动方向的惯性力即一维惯性力，为了提高惯性驱动管道机器人运行效率，需要抵消垂直于惯性驱动管道机器人运动方向的惯性力。则需要偏心质量块二5与偏心质量块一7速度大小相等，方向始终与惯性驱动管道机器人运动方向对称，以实现偏心质量块二5与偏心质量块一7垂直于惯性驱动管道机器人方向的惯性力相互抵消。
[0043] 主动非圆齿轮1和从动非圆齿轮6的节曲线相同即主动非圆齿轮1和从动非圆齿轮6得形状相同，主动非圆齿轮1输入匀速转动从动非圆齿轮6输出变速转动，且由于主动非圆齿轮1和从动非圆齿轮6的外形相同，从动非圆齿轮6 相对于主动非圆齿轮1的传递比呈周期变化，提高惯性驱动管道机器人驱动效率，且有利于后续进行主动控制。
[0044] 偏心质量块一7与偏心质量块二5形状相同，使得偏心质量块一7与偏心质量块二5在运行的过程种产生的惯性力大小相等。
[0045] 从动非圆齿轮6相对于主动非圆齿轮1的传递比的周期与非圆齿轮阶数有关。当非圆齿轮阶数为偶数时，惯性激振机构的惯性力为同性。当非圆齿轮阶数为奇数时，惯性激振机构的惯性力为异性，当非圆齿轮阶数大于1时，惯性激振机构的惯性力在正、负两个方向上的幅值接近。虽然此时系统仍然能朝着一个方向移动，但在偏心质量块二5与偏心质量块一7旋转的一个周期内，系统会多次出现前进和后退的交替，降低了惯性驱动管道机器人驱动效率。
[0046] 主动非圆齿轮1和从动非圆齿轮6的阶数取1。避免了系统多次出现前进和后退的交替现象，提高了惯性驱动管道机器人驱动效率。
[0047] 主动圆齿轮9和从动圆齿轮3的模数和齿数相同。相同的齿数和模数能够确保主动圆齿轮9与从动圆齿轮3的传动比为1，使得固连于同轴的偏心质量块二5与偏心质量块一7的速度大小始终相等，产生的惯性力大小始终相等，且由于主动圆齿轮9与从动圆齿轮3的旋转速度相反，使得偏心质量块二5与偏心质量块一7的速度相反，偏心质量块二5与偏心质量块一7产生的惯性力方向相对于运动方向始终对称。
[0048] 如图1-3所示，机器人壳体2为全封闭箱体，材料用耐腐蚀、高强度材料制作而成；如图1所示为滑靴式惯性驱动管道机器人，机器人壳体2外表面有导向杆。如图2，纤维式弹性支承足由纤维12组成。如图3所示为轮式惯性驱动管道机器人，机器人壳体2外表面有导向杆。
[0049] 在运行的过程中惯性激振机构的惯性力沿着运动方向呈正、负周期变化，同时沿着运动方向惯性驱动管道机器人还受到弹性支承足与管道内壁之间的摩擦力的作用。弹性支承足与管道内壁之间的摩擦力取决于弹性支承足与管道内壁之间的滑动系数以及弹性支承足的预紧力。当弹性支承足与管道内壁之间的摩擦力较小时，由于惯性激振机构的惯性力作用，惯性驱动管道机器人出现静止、后退和前进三种状态，降低了惯性驱动管道机器人的有效行程。当弹性支承足与管道内壁之间的摩擦力较大时，由于惯性驱动管道机器人受到较大的阻尼，惯性驱动管道机器人保持静止，惯性驱动管道机器人失效。
[0050] 具体而言，由于管道内壁与惯性驱动管道机器人弹性支承足之间的摩擦系数不易改变，选择合适的预紧力，提高惯性驱动管道机器人驱动效率。
[0051] 滑动摩擦力小于前进惯性力同时大于后退的惯性力，作为本实施例的预紧力参数，使得惯性驱动管道机器人处于静止和前进两种状态交替下移动，消除了惯性驱动管道机器人后退现象，提高驱动效率。
[0052] 弹性支承足固定在机器人壳体2上，所有的弹性支承足与管道内壁之间始终存在预紧力，所有的弹性支承足都被压在管道壁上，为运动的机器人提供了摩擦力。机器人同时受到地面的摩擦力和偏心质量块一7与偏心质量块二5的异向惯性力，当惯性力大于摩擦力时机器人发生移动。
[0053] 滑靴式惯性驱动管道机器人在经过变径管道时，安装在机器人壳体2周边的弹性支承足可以自由伸缩，当管径由小变大时，弹性支承足可以伸张，并压紧在管道内壁，当管径由大变小时，弹性支承足的弹簧可以收缩，依然压紧在管道内壁。
[0054] 管道机器人能通过网络将所拍摄的图像信息传输给外部上位机，供图像处理识别使用；为了避免信号间相互干扰，上位机对机器人的控制信号通过蓝牙传输给机器人，机器人接收到指令后进行相应动作。
