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CN103672295B - 蠕动式管道机器人爬行机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蠕动式管道机器人爬行机构，适用于160-220mm之间的管道直径，结构采用三段式模块化设计，首尾分别为前锁紧机构和后锁紧机构，中间部分为伸缩机构。在管道内向前运行时，首先前锁紧机构松开，后锁紧机构锁紧，伸缩机构伸长，把前锁紧机构向前推出，之后前锁紧机构锁紧，后锁紧机构松开，伸缩机构收缩带动后锁紧机构向前运动，完成一个前进运动周期，以这种方式循环运动，实现蠕动式管道机器人周期性的前进运动。反之可实现机器人周期性的后退运动。该发明采用模块化设计，具有一定的管径变化适应能力和弯道通过能力，可以实现机器人在管道内的蠕动式前进或后退。

Description

蠕动式管道机器人爬行机构
技术领域
本发明涉及一种蠕动式管道机器人爬行机构。
背景技术
目前，管道在石油、化工、给排水等许多行业得到了广泛的应用，这些管道在经过长时间使用后，容易发生腐蚀、疲劳破坏或者破损而引起泄漏事故等。因此，需要定期地对管道进行维护和检修，然而由于管道所处的环境往往是人力所限或人所不及，检修难度很大。管道机器人的研究为管道的检测、维护提供了新的技术手段，改变了传统管道开挖抽检的单一模式。国内对于管道机器人的研究已有了一定基础，但与国外相比还有一定的差距。
目前国内外研制的机器人按移动方式可分为轮式、履带式、蠕动式等类型，轮式管道机器人牵引力大，有很高的承载能力，容易设计与制造。但其越障能力较弱，管道适应性差。履带式管道机器人，克服了轮式管道机器人的缺点，但履带与管道壁之间过大的摩擦力会对管道内壁产生冲击，容易损伤管道。蠕动式机器人越障能力强，运行稳定，但采用形状记忆合金、压电金属和电磁驱动的蠕动机器人对管道的要求过高，适应能力差，运行速度比较慢，承载能力弱。
因此，在克服以上三种管道机器人缺点的基础上，设计开发一种新型的蠕动式管道机器人爬行机构。具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种蠕动式管道机器人爬行机构，采用模块化设计，能够适应160-220mm之间的管道直径。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
蠕动式管道机器人爬行机构，包括前锁紧机构、伸缩机构、后锁紧机构，其特征在于：前锁紧机构通过联轴器安装在伸缩机构的前端，后锁紧机构通过联轴器安装在伸缩机构的后端。
当管道机器人前进时，首先前锁紧机构松开，后锁紧机构锁紧，伸缩机构伸长时，带动前锁紧机构向前移动，随后前锁紧机构锁紧，后锁紧机构松开，伸缩机构收缩时，带动后锁紧机构向前移动，实现管道机器人的一个前进运动周期；
当管道机器人后退时，首先前锁紧机构锁紧，后锁紧机构松开，伸缩机构伸长时，带动后锁紧机构向后移动，随后前锁紧机构松开，后锁紧机构锁紧，伸缩机构收缩时，带动前锁紧机构向后移动，实现管道机器人的一个后退运动周期；
当前锁紧机构和后锁紧机构都锁紧时，可使管道机器人稳定地停留在某处，为管道机器人进行管道检测维修等作业提供一个工作平台。
根据本发明的一个方面，提供了一种蠕动式管道机器人爬行机构，其特征在于包括：
伸缩机构；
与伸缩机构的前端连接的前联轴器，
与伸缩机构的后端连接的后联轴器，
前锁紧机构，其通过前联轴器与伸缩机构的前端连接，用于与管道内壁锁紧或松开；
后锁紧机构，其通过后联轴器与伸缩机构的后端连接，用于与管道内壁锁紧或松开。
根据本发明的一个进一步的方面，提供了蠕动式管道机器人爬行机构的爬行方法，其特征在于包括：
A）使前锁紧机构中的第二电机正转，从而通过第二联轴器带动第二丝杠正转，使第二丝杠螺母向左移动，带动曲柄滑块机构动作，使铰接在大导杆上支撑臂向内移动，从而实现前锁紧机构与管壁的松开；使后锁紧机构中的第二电机反转，实现后锁紧机构与管壁的锁紧；
B）使伸缩机构中第一电机正转，从而通过第一联轴器带动第一丝杠正转，由于后锁紧机构与管道处于锁紧状态，此时通过后联轴器与后锁紧机构连接的后端盖固定不定，进而第一丝杠螺母、固定块、外壳也处于固定不动状态，从而使第一电机、第一联轴器、第一丝杠绕自身轴线转动，带动第一前端盖、第一导杆、第一前箱体、第一中箱体、第一后箱体、第一圆螺母，第一套筒，第一轴承作为一个整体移动；
C）使前锁紧机构中的第二电机反转，从而通过第二联轴器带动第二丝杠反转，使第二丝杠螺母移动，带动曲柄滑块机构动作，使铰接在大导杆上支撑臂向外移动，从而实现前锁紧机构与管壁的锁紧；使后锁紧机构中的第二电机正转，从而实现后锁紧机构与管壁的松开；
D）使伸缩机构中第一电机反转，从而通过第一联轴器带动第一丝杠反转，由于前锁紧机构与管道处于锁紧状态，此时通过前联轴器与前锁紧机构连接的第一前端盖、第一导杆、第一前箱体、第一中箱体、第一后箱体、第一圆螺母、第一套筒、第一轴承作为一个整体固定不动，而第一丝杠螺母带动固定块、外壳、后端盖、后联轴器和后锁紧机构作为一个整体移动。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明结构紧凑、易于实现，越障能力强，管道适应能力强，越障能力强的优点，其动力源不再是由驱动轮与管壁之间的摩擦力提供的，所以运行时不会冲击管道内壁，运行稳定。管道机器人能够适用160-220mm之间不同的管径，应用前景看好。
根据本发明的一个方面，提供了一种蠕动式管道机器人爬行机构，其特征在于包括：
前锁紧机构和后锁紧机构，用于管道机器人与管道内壁的放松或锁紧；
伸缩机构，与前锁紧机构和后锁紧机构相互配合，实现管道机器人在管道内的蠕动式前进或后退。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1是根据本发明的一个实施例的蠕动式管道机器人爬行机构总体结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的伸缩机构结构示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的前锁紧机构或后锁紧机构结构示意图。
附图标记：
具体实施方式
参见图1、图2和图3，根据本发明的一个实施例的蠕动式管道机器人爬行机构采用模块化设计，分为前锁紧机构、伸缩机构、后锁紧机构共3个模块。
前锁紧机构1和后锁紧机构3结构相同，分别通过前联轴器4和后联轴器5安装在伸缩机构2的前端和后端，各包括第二前端盖21、第二丝杠22、第二导杆23、第二丝杠螺母24、第二前箱体25、第二中箱体26、第二后箱体27、第二电机28、第二联轴器29、第二圆螺母30、第二套筒31、第二轴承32、小导杆33、支撑臂34、螺栓35、螺母36、销轴37、大导杆38、固定块39。
其中小导杆33、大导杆38、固定块39和第二导杆23组成一组曲柄滑块机构，在整个圆周方向以120度对称分布3组该曲柄滑块机构。第二电机28和第二丝杠22通过第二联轴器29连接在一起，第二丝杠22通过第二轴承32和第二圆螺母30支承在第二前箱体25上。第二前箱体25、第二中箱体26、第二后箱体27用螺栓44、45连接在一起。第二丝杠螺母24装在第二丝杠22上，沿着第二导杆23左右移动。固定块39和第二丝杠螺母24通过锁紧螺栓40安装在一起，并随第二丝杠螺母24一起移动，进而带动曲柄滑块机构动作，使与大导杆38铰接的支撑臂34向内或向外移动，从而实现机器人与管壁的松开或锁紧。
参见图2，伸缩机构2包括第一前端盖6，固定块7，第一导杆8，第一丝杠螺母9，外壳10，第一丝杠11，第一前箱体12，第一中箱体13，第一后箱体14，后端盖15，第一电机16，第一联轴器17，第一圆螺母18，第一套筒19，第一轴承20。
其中，第一电机16和第一丝杠11通过第一联轴器17连接在一起，第一丝杠11通过第一轴承20和第一圆螺母18支承在第一前箱体12上。第一前箱体12、第一中箱体13、第一后箱体14用螺栓41、42连接在一起。第一丝杠螺母9装在第一丝杠11上，沿着第一导杆8左右移动。第一丝杠螺母9、固定块7、外壳10和后端盖15通过螺栓43连接在一起，第一导杆8和第一前端盖6通过第一导杆8前端的螺纹连接在一起。
具体应用中，当管道机器人前进（假设前进方向是图中向左）时，整个过程可分为四步。
第一步：前锁紧机构1中第二电机28正转，通过第二联轴器29带动第二丝杠22正转，其上的第二丝杠螺母24向左移动，带动3组曲柄滑块机构动作，使铰接在大导杆38上支撑臂34向内移动，从而实现前锁紧机构1与管壁的松开。依据同样原理，后锁紧机构3中第二电机28反转，实现后锁紧机构3与管壁的锁紧。
第二步：伸缩机构2中第一电机16正转，通过第一联轴器17带动第一丝杠11正转，而由于后锁紧机构3与管道处于锁紧状态，此时通过后联轴器5与后锁紧机构3连接的后端盖15固定不定，进而第一丝杠螺母9、固定块7、外壳10也处于固定不动状态，从而使第一电机16、第一联轴器17、第一丝杠11绕自身轴线转动，带动第一前端盖6、第一导杆8、第一前箱体12、第一中箱体13、第一后箱体14、第一圆螺母18，第一套筒19，第一轴承20作为一个整体向左移动。
第三步：前锁紧机构1中第二电机28反转，通过第二联轴器29带动第二丝杠22反转，其上的第二丝杠螺母24向右移动，带动3组曲柄滑块机构动作，使铰接在大导杆38上支撑臂34向外移动，从而实现前锁紧机构1与管壁的锁紧。依据同样原理，后锁紧机构3中第二电机28正转，实现后锁紧机构3与管壁的松开。
第四步：伸缩机构2中第一电机16反转，通过第一联轴器17带动第一丝杠11反转，而由于前锁紧机构1与管道处于锁紧状态，此时通过前联轴器4与前锁紧机构1连接的第一前端盖6、第一导杆8、第一前箱体12、第一中箱体13、第一后箱体14、第一圆螺母18、第一套筒19、第一轴承20作为一个整体固定不动，第一丝杠螺母9带动固定块7、外壳10、后端盖15、后联轴器5和后锁紧机构3作为一个整体向左移动。
至此已完成一个前进运动周期，通过循环以上四步即可实现管道机器人的蠕动式前进。当和以上四步运动控制相反时，即可实现管道机器人的蠕动式后退。
当前锁紧机构1和后锁紧机构3都锁紧时，可使管道机器人稳定地停留在管道内某处，为检测维修等作业提供一个工作平台。
根据本发明的一个实施例的蠕动式管道机器人爬行机构适用于例如约160-220mm的管道直径，可实现在管道内的蠕动式前进和后退，也可作为工作平台稳定停留在管道内部某处。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (2)

1.一种蠕动式管道机器人爬行机构，其特征在于包括：
伸缩机构(2)；
与伸缩机构(2)的前端连接的前联轴器(4)，
与伸缩机构(2)的后端连接的后联轴器(5)，
前锁紧机构(1)，其通过前联轴器(4)与伸缩机构(2)的前端连接，用于与管道内壁锁紧或松开；
后锁紧机构(3)，其通过后联轴器(5)与伸缩机构(2)的后端连接，用于与管道内壁锁紧或松开,
其中
前锁紧机构(1)和后锁紧机构(3)结构相同，各包括：
构成一个曲柄滑块机构的小导杆(33)、大导杆(38)、固定块(39)和第二导杆(23)；
第二联轴器(29)；
通过第二联轴器(29)连接在一起的第二电机(28)和第二丝杠(22)；
第二前箱体(25)、第二中箱体(26)、第二后箱体(27)和电机(28)，其中第二前箱体(25)、第二中箱体(26)、第二后箱体(27)和电机(28)用固定连接在一起；
第二轴承(32)和第二圆螺母(30)；第二丝杠(22)通过第二轴承(32)和第二圆螺母(30)支承在第二前箱体(25)上；
第二丝杠螺母(24)，其装在第二丝杠(22)上并沿着第二导杆(23)移动；
与大导杆(38)铰接的支撑臂(34)，
其中，固定块(39)和第二丝杠螺母(24)通过锁紧螺栓(40)连接在一起，并随第二丝杠螺母(24)一起移动，进而带动曲柄滑块机构动作，使与大导杆(38)铰接的支撑臂(34)向内或向外移动，从而实现机器人与管壁的松开或锁紧，
伸缩机构(2)包括：
沿着第一导杆(8)，
第一前箱体(12)、第一中箱体(13)、第一后箱体(14)和第一电机(16)，
第一轴承(20)和第一圆螺母(18)，
第一联轴器(17)，
通过第一联轴器(17)连接在一起的第一电机(16)和第一丝杠(11)，其中第一丝杠(11)通过第一轴承(20)和第一圆螺母(18)支承在第一前箱体(12)上，第一前箱体(12)、第一中箱体(13)、第一后箱体(14)和第一电机(16)固定连接在一起，
装在第一丝杠(11)上的第一丝杠螺母(9)，其沿着第一导杆(8)移动，
第一前端盖(6)，
固定块(7)、外壳(10)和后端盖(15)，其中
第一丝杠螺母(9)、固定块(7)、外壳(10)和后端盖(15)固定连接在一起，第一导杆(8)和第一前端盖(6)固定连接在一起。
2.根据权利要求1的蠕动式管道机器人爬行机构，其特征在于前锁紧机构(1)和后锁紧机构(3)各包括在圆周方向以120度对称分布的3组所述曲柄滑块机构。
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