一種微型螺旋管道機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微型螺旋管道機器人，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]管道作為一種輸送流體的重要裝置，在人類生產(chǎn)、生活中發(fā)揮著巨大的作用。管道內(nèi)輸送介質(zhì)特殊、外界環(huán)境惡劣，因此在管道運行一段時間后，常常需要對其進行檢測與維護作業(yè)，以保證生產(chǎn)的順利進行、保障人民生命安全。
[0003]管道機器人是一種管道運載工具，用于實現(xiàn)管道狀態(tài)監(jiān)測、故障維修以及作業(yè)工具輸送等管道作業(yè)。目前管道機器人主要有:管道豬式，通過前后的流體壓力差驅(qū)動機器人；輪式或履帶式，通過輪子或履帶與管壁之間的接觸驅(qū)動機器人；蛇形式，通過機器人本身的側(cè)滑推動機器人；蠕動式，模擬動物的蠕動推動機器人；螺旋式，通過機器人螺旋形的運動推動機器人。
[0004]微小型管道在管網(wǎng)中占有很高的比例，但是由于技術(shù)限制目前對于微型管道的檢測十分有限，主要由于存在以下的困難:現(xiàn)有管道機器人結(jié)構(gòu)尺寸較大，占據(jù)管道空間比例較高，很難實現(xiàn)管道機器人的微型化；部分管道機器人微型化后驅(qū)動力不佳，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，難以實現(xiàn)復(fù)雜管道情況的檢測；管道機器人需要攜帶龐大的測量單元，在管道中運行較為困難；在微型管道中，由于空間的限制，管道機器人不易實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎等功能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有微型管道檢測過程中的問題，提供一種微型螺旋管道機器人，該管道機器人具有體積小、過彎能力強、牽引力大、能適應(yīng)復(fù)雜微型管道檢測等特點。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明一種微型螺旋管道機器人，包括驅(qū)動短節(jié)和運動短節(jié)。
[0008]所述驅(qū)動短節(jié)包括驅(qū)動電機，電源，控制器及扶正機構(gòu)；驅(qū)動電機與導(dǎo)向輪架固連，導(dǎo)向輪架上的導(dǎo)向輪臂連接導(dǎo)向輪，通過扭轉(zhuǎn)彈簧提供彈力使導(dǎo)向輪與管道緊密接觸；扶正機構(gòu)由導(dǎo)向輪架，導(dǎo)向輪臂，導(dǎo)向輪，扭轉(zhuǎn)彈簧組成；扶正機構(gòu)能使電機保持在管道中央并平衡反向扭矩。
[0009]所述運動短節(jié)包括機體，驅(qū)動輪，驅(qū)動輪架，變徑桿，彈簧，角度調(diào)節(jié)套，角度調(diào)節(jié)電機，傳動機構(gòu)，電池，單節(jié)控制器及由導(dǎo)向輪架，導(dǎo)向輪臂，導(dǎo)向輪，扭轉(zhuǎn)彈簧，軸承組成的定心機構(gòu)。所述角度調(diào)節(jié)套，角度調(diào)節(jié)電機，傳動機構(gòu)，電池，單節(jié)控制器均安裝于機體內(nèi)，角度調(diào)節(jié)電機通過傳動機構(gòu)與角度調(diào)節(jié)套連接。驅(qū)動輪安裝于驅(qū)動輪架上，驅(qū)動輪架與變徑桿固連，變徑桿套接于角度調(diào)節(jié)套中，并通過卡環(huán)來防止滑脫。同時在變距機構(gòu)上套有彈簧，通過彈簧來調(diào)節(jié)驅(qū)動輪與管道之間的預(yù)緊力。所述定心機構(gòu)通過軸承安裝于機體兩端。
[0010]運動短節(jié)與運動短節(jié)之間均通過萬向節(jié)9連接，可采用多個運動短節(jié)相連；有一個驅(qū)動短節(jié)，通過周向空間均布驅(qū)動短節(jié)的驅(qū)動輪1可以進一步增強管道機器人的穩(wěn)定性。
[0011]所述角度調(diào)節(jié)套與變徑桿組成位移傳感器，通過測量變徑桿相對角度調(diào)節(jié)套的伸縮量，得到管道內(nèi)徑的變化值。
[0012]所述驅(qū)動電機也可以采用液壓馬達；所述角度調(diào)節(jié)套與變徑桿可以是一組位移傳感器，也可通過增設(shè)位移傳感器測量其伸縮量；所述彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧也可以采用氣動或液動的蓄能裝置。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:1、通過驅(qū)動輪的空間周向分布與模塊化設(shè)計，為螺旋管道機器人微型化提供了一種新的方法。2、通過角度調(diào)節(jié)電機控制角度調(diào)節(jié)套，可實現(xiàn)螺旋管道機器人螺旋角的任意調(diào)節(jié)，這樣可以根據(jù)管道的實際情況合理選擇螺旋角，充分發(fā)揮驅(qū)動電機的驅(qū)動能力。3、通過萬向節(jié)連接各模塊，在保證機器人驅(qū)動能力的情況下使機器人能夠方便地通過彎道，而不受機器人總長度的影響。4、運動靈活、牽引力大，能很好地適應(yīng)微型管道內(nèi)作業(yè)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種微型螺旋管道機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的機體部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明在彎管中通過情況的示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明三個運動短節(jié)時的驅(qū)動輪空間均布示意圖。
[0018]圖中:1.驅(qū)動輪，2.驅(qū)動輪架，3.軸承，4.導(dǎo)向輪，5.導(dǎo)向輪臂，6.導(dǎo)向輪架，7.機體，8.卡環(huán)，9.萬向節(jié)，10.驅(qū)動電機，11.控制器，12.扭轉(zhuǎn)彈簧，13.變徑桿，14.彈簧，15.單節(jié)控制器，16.角度調(diào)節(jié)套，17.角度調(diào)節(jié)電機，18.單節(jié)控制器，19.傳動機構(gòu)，20.電源，21.電池。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的描述:
[0020]本發(fā)明一種微型螺旋管道機器人，包括驅(qū)動短節(jié)和運動短節(jié)。
[0021]所述驅(qū)動短節(jié)包括驅(qū)動電機10，電源20，控制器11及扶正機構(gòu)；驅(qū)動電機10與導(dǎo)向輪架6固連，導(dǎo)向輪架6上的導(dǎo)向輪臂5連接導(dǎo)向輪4，通過扭轉(zhuǎn)彈簧12提供彈力使導(dǎo)向輪4與管道緊密接觸；扶正機構(gòu)由導(dǎo)向輪架6，導(dǎo)向輪臂5，導(dǎo)向輪4，扭轉(zhuǎn)彈簧12組成；扶正機構(gòu)能使電機保持在管道中央并平衡反向扭矩。
[0022]所述運動短節(jié)包括機體7，驅(qū)動輪1，驅(qū)動輪架2，變徑桿13，彈簧14，角度調(diào)節(jié)套16，角度調(diào)節(jié)電機17，傳動機構(gòu)19，電池21，單節(jié)控制器18及由導(dǎo)向輪架6，導(dǎo)向輪臂5，導(dǎo)向輪4，扭轉(zhuǎn)彈簧12，軸承3組成的定心機構(gòu)。所述角度調(diào)節(jié)套16，角度調(diào)節(jié)電機17，傳動機構(gòu)19，電池21，單節(jié)控制器18均安裝于機體7內(nèi)，角度調(diào)節(jié)電機17通過傳動機構(gòu)19與角度調(diào)節(jié)套16連接。驅(qū)動輪1安裝于驅(qū)動輪架2上，驅(qū)動輪架2與變徑桿13固連，變徑桿13套接于角度調(diào)節(jié)套16中，并通過卡環(huán)8來防止滑脫。同時在變距機構(gòu)上套有彈簧14，通過彈簧14來調(diào)節(jié)驅(qū)動輪1與管道之間的預(yù)緊力。所述定心機構(gòu)通過軸承3安裝于機體7兩端。
[0023]運動短節(jié)與運動短節(jié)之間均通過萬向節(jié)9連接，可采用多個運動短節(jié)相連；有一個驅(qū)動短節(jié)，通過周向空間均布驅(qū)動短節(jié)的驅(qū)動輪1可以進一步增強管道機器人的穩(wěn)定性。
[0024]所述角度調(diào)節(jié)套16與變徑桿組成位移傳感器，通過測量變徑桿相對角度調(diào)節(jié)套16的伸縮量，得到管道內(nèi)徑的變化值。
[0025]所述驅(qū)動電機10也可以采用液壓馬達；所述角度調(diào)節(jié)套16與變徑桿可以是一組位移傳感器，也可通過增設(shè)位移傳感器測量其伸縮量；所述彈簧14、扭轉(zhuǎn)彈簧12也可以采用氣動或液動的蓄能裝置。
[0026]本實施例的工作過程如下:控制器11接收信號并使驅(qū)動電機10運動，驅(qū)動電機10帶動萬向節(jié)9轉(zhuǎn)動，使得前方運動短節(jié)繞管道軸線旋轉(zhuǎn)。運動短節(jié)旋轉(zhuǎn)帶動驅(qū)動輪1旋轉(zhuǎn)，由于驅(qū)動輪1與管道之間有一定的夾角，因此會產(chǎn)生沿管道軸向的牽引力。由多個萬向節(jié)9將多個運動短節(jié)串接在一起共同旋轉(zhuǎn)，因此每個運動短節(jié)均能提供前進的動力。
[0027]在彎道中通過時，由萬向節(jié)9連接的運動短節(jié)和電機模塊沿彎曲的管道軸線分布，驅(qū)動電機10產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能經(jīng)由萬向節(jié)9傳遞到每一個運動短節(jié)，從而牽引機器人運動。
[0028]角度調(diào)節(jié)電機17通過傳動機構(gòu)19可以改變角度調(diào)節(jié)套16的角度，由于變徑桿13套接于角度調(diào)節(jié)套16中。角度調(diào)節(jié)套16只限制變徑桿13的周向旋轉(zhuǎn)，不限制軸向位移。變徑桿13旋轉(zhuǎn)，從而改變驅(qū)動輪1的螺旋角。單節(jié)控制器18接收控制信號，控制角度調(diào)節(jié)電機17轉(zhuǎn)動，同時反饋角度調(diào)節(jié)電機17的轉(zhuǎn)動情況及變徑桿13相對角度調(diào)節(jié)套16的位移。
【主權(quán)項】
1.一種微型螺旋管道機器人，包括驅(qū)動短節(jié)和運動短節(jié)，其特征在于，所述驅(qū)動短節(jié)包括驅(qū)動電機(10)，電源(20)，控制器(11)及扶正機構(gòu)；驅(qū)動電機(10)與導(dǎo)向輪架(6)固連，導(dǎo)向輪架(6)上的導(dǎo)向輪臂(5)連接導(dǎo)向輪(4)，通過扭轉(zhuǎn)彈簧(12)提供彈力使導(dǎo)向輪(4)與管道緊密接觸；扶正機構(gòu)由導(dǎo)向輪架(6)，導(dǎo)向輪臂(5)，導(dǎo)向輪(4)，扭轉(zhuǎn)彈簧(12)組成；扶正機構(gòu)能使電機保持在管道中央并平衡反向扭矩；所述運動短節(jié)包括機體(7)，驅(qū)動輪(1)，驅(qū)動輪架(2)，變徑桿(13)，彈簧(14)，角度調(diào)節(jié)套(16)，角度調(diào)節(jié)電機(17)，傳動機構(gòu)(19)，電池(21)，單節(jié)控制器(18)及由導(dǎo)向輪架(6)，導(dǎo)向輪臂(5)，導(dǎo)向輪(4)，扭轉(zhuǎn)彈簧(12)，軸承(3)組成的定心機構(gòu)，所述角度調(diào)節(jié)套(16)，角度調(diào)節(jié)電機(17)，傳動機構(gòu)(19)，電池(21)，單節(jié)控制器(18)均安裝于機體(7)內(nèi)，角度調(diào)節(jié)電機(17)通過傳動機構(gòu)(19)與角度調(diào)節(jié)套(16)連接；驅(qū)動輪⑴安裝于驅(qū)動輪架(2)上，驅(qū)動輪架(2)與變徑桿(13)固連，變徑桿(13)套接于角度調(diào)節(jié)套(16)中，并通過卡環(huán)⑶來防止滑脫；同時在變距機構(gòu)上套有彈簧(14)，通過彈簧(14)來調(diào)節(jié)驅(qū)動輪(1)與管道之間的預(yù)緊力；所述定心機構(gòu)通過軸承(3)安裝于機體(7)兩端。2.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的一種微型螺旋管道機器人，其特征在于:運動短節(jié)與運動短節(jié)之間均通過萬向節(jié)(9)連接，可采用多個運動短節(jié)相連；有一個驅(qū)動短節(jié)，通過周向空間均布驅(qū)動短節(jié)的驅(qū)動輪(1)可以進一步增強管道機器人的穩(wěn)定性。3.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的一種微型螺旋管道機器人，其特征在于:所述角度調(diào)節(jié)套(16)與變徑桿組成位移傳感器，通過測量變徑桿相對角度調(diào)節(jié)套(16)的伸縮量，得到管道內(nèi)徑的變化值。4.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的一種微型螺旋管道機器人，其特征在于:所述驅(qū)動電機(10)也可以采用液壓馬達；所述角度調(diào)節(jié)套(16)與變徑桿可以是一組位移傳感器，也可通過增設(shè)位移傳感器測量其伸縮量；所述彈簧(14)、扭轉(zhuǎn)彈簧(12)也可以采用氣動或液動的蓄能裝置。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微型螺旋管道機器人，它包括驅(qū)動短節(jié)和運動短節(jié)。所述驅(qū)動短節(jié)包括驅(qū)動電機，電源，控制器及扶正機構(gòu)；驅(qū)動電機與導(dǎo)向輪架固連，導(dǎo)向輪架上的導(dǎo)向輪臂連接導(dǎo)向輪，通過扭轉(zhuǎn)彈簧提供彈力使導(dǎo)向輪與管道緊密接觸；所述運動短節(jié)包括機體，驅(qū)動輪，驅(qū)動輪架，變徑桿，彈簧，角度調(diào)節(jié)套，角度調(diào)節(jié)電機，傳動機構(gòu)，電池，單節(jié)控制器及由導(dǎo)向輪架，導(dǎo)向輪臂，導(dǎo)向輪，扭轉(zhuǎn)彈簧，軸承組成的定心機構(gòu)。角度調(diào)節(jié)電機通過傳動機構(gòu)與角度調(diào)節(jié)套連接；驅(qū)動輪安裝于驅(qū)動輪架上，驅(qū)動輪架與變徑桿固連，通過彈簧來調(diào)節(jié)驅(qū)動輪與管道之間的預(yù)緊力。本發(fā)明使機器人能夠方便通過彎道，運動靈活、牽引力大，能很好地適應(yīng)微型管道內(nèi)作業(yè)。
【IPC分類】F16L55/40, F16L101/30, F16L55/32
【公開號】CN105318141
【申請?zhí)枴緾N201510731770
【發(fā)明人】劉清友, 涂慶, 任濤, 朱海燕
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月3日