管道爬行機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人包括依次連接的支撐模塊一、伸縮模塊、支撐模塊二，該伸縮模塊與支撐模塊一、支撐模塊二之間通過關(guān)節(jié)軸承連接，該支撐模塊一、支撐模塊二分別包括有安裝座和支撐氣缸、導(dǎo)向輪，該安裝座上設(shè)有氣缸直槽口和導(dǎo)向輪直槽口，該支撐氣缸、導(dǎo)向輪分別安裝在氣缸直槽口和導(dǎo)向輪直槽口。本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人采用伸縮模塊與支撐模塊的結(jié)構(gòu)，通過支撐氣缸與導(dǎo)向輪的支撐與調(diào)節(jié)，伸縮模塊進(jìn)行推動，采用直槽口裝配方案，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，使結(jié)構(gòu)更緊湊，安裝座還可以安裝其他模塊，例如攝像模塊、紅外傳感模塊、清潔模塊等等，實(shí)現(xiàn)模塊功能的可更換性和定制化，體型小、重量輕，節(jié)約空間。
【專利說明】
管道爬行機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種管道內(nèi)使用的機(jī)器人。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在城市污水、天然氣輸送、工業(yè)物料運(yùn)輸、給排水和建筑物通風(fēng)系統(tǒng)等領(lǐng)域里，管道作為一種有效的物料輸送手段而廣泛應(yīng)用。管道在長期的使用中難免會破裂、堵塞、積污，為提高管道的壽命、防止泄漏等事故的發(fā)生，就必須對管道進(jìn)行有效的檢測維護(hù)等，但是管道的檢測、清理、維護(hù)卻不是很方便，往往為了尋找管道上的一個裂紋而花費(fèi)大量的人力和物力。而目前管道檢測和維護(hù)多采用管道爬行機(jī)器人來進(jìn)行。所謂管道爬行機(jī)器人就是一種可沿管道內(nèi)部或外部自動行走、攜帶一種或多種傳感器件如位置和姿態(tài)傳感器、超聲傳感器、渦流傳感器等以及操作機(jī)械如管道裂紋與管道接口焊接裝置、防腐噴涂裝置、操作手、噴槍、刷子等，在工作人員的遙控操縱或計算機(jī)控制下可在極其惡劣的環(huán)境中，能夠完成一系列管道檢測維修作業(yè)的機(jī)電一體化系統(tǒng)。管道爬行機(jī)器人可完成的管道作業(yè)有:生產(chǎn)、施工過程中的管道內(nèi)外質(zhì)量檢測；管道內(nèi)部清掃、拋光、焊接、噴涂等維護(hù);對接焊縫的探傷、補(bǔ)□作業(yè)；舊管道腐蝕程度、破損情況檢測和泄漏預(yù)報等等。
[0003 ]現(xiàn)有技術(shù)的管道爬行機(jī)器人的驅(qū)動源大致有以下幾種:微型電機(jī)、壓電驅(qū)動、形狀記憶合金(SMA)、氣動驅(qū)動、磁致伸縮驅(qū)動、電磁轉(zhuǎn)換驅(qū)動等。
[0004]根據(jù)動力源來分主要有利用管道流體壓力驅(qū)動、自驅(qū)動、管外加推力的機(jī)器人。利用管道流體壓力驅(qū)動的管道爬行機(jī)器人，如圖1所示，該機(jī)器人分為多節(jié)，利用與管道密封的橡膠環(huán)(皮碗)，相當(dāng)于活塞，在輸油管內(nèi)壓力油作用下，推動檢測機(jī)器人向前行走，主要由探頭101、高壓密封件102、電機(jī)倉103、電池倉104、儀器倉105、儀器倉106、萬向節(jié)107、里程倉108、清管器109和皮碗110組成，依靠管內(nèi)流體的壓力差產(chǎn)生驅(qū)動力，隨著管內(nèi)流體的流動方向向前移動，并可攜帶多種傳感器，但是該管道爬行機(jī)器人自身沒有行走能力，其移動速度、檢測區(qū)域不易控制。
[0005]自驅(qū)動類型管道爬行機(jī)器人包括有輪式、腳式、爬行式、蠕動式，還包括履帶式等，如圖2所示，現(xiàn)有技術(shù)輪式管內(nèi)移動機(jī)器人，前部帶有一部微型CCD攝像機(jī)，能分辨管內(nèi)異物并用微型機(jī)械手實(shí)現(xiàn)清理，膠管聯(lián)接可過彎管，適應(yīng)管徑:Φ 25mm;行走速度:0.36m/min;自重:16g。該機(jī)器人采用多輪驅(qū)動式為了增加牽引力，由于驅(qū)動輪201的輪徑太小，越障能力有限，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖3所示為腳式微管道爬行機(jī)器人，通過支腳301可在管道里移動，其基本原理是利用支腳推壓管來支撐個體，但該類型的管道爬行機(jī)器人承重能力有限，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，操作不靈活。圖4所示為小型蠕動機(jī)器人系統(tǒng)，由蠕動體401和電致伸縮位移器402、403、404組成，蠕動體的蠕動變形形態(tài)由粘貼于柔性鉸鏈部位的電阻應(yīng)變實(shí)時感應(yīng)，機(jī)器人的外形尺寸為150 X61 \46_，重2如，最大步距1(^111，行程40_，運(yùn)動精度0.24111，該管道機(jī)器人的自重太重，步距太小，操作不靈活，難以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)和尺寸的管道。
[0006]管外加推力的機(jī)器人如圖5所示，“螺旋原理”的微型機(jī)器人，利用在管道外的電機(jī)501推動帶有彈性線502的推動驅(qū)動部件503前進(jìn)，前端設(shè)有CCD攝像機(jī)504，該類型管道機(jī)器人結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，操作不靈活，難以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)和尺寸的管道，外加推力使得機(jī)器人使用范圍有限，且受到動力源的限制。
[0007]因此，提供一種可以在管道內(nèi)自由地行走，具有一定的承載能力，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作的管道機(jī)器人實(shí)為必要。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種可以在管道內(nèi)自由地行走，具有一定的承載能力，結(jié)構(gòu)簡單的管道爬行機(jī)器人。
[0009]為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的，提供以下技術(shù)方案:
[0010]本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人包括依次連接的支撐模塊一、伸縮模塊、支撐模塊二，該伸縮模塊與支撐模塊一、支撐模塊二之間通過關(guān)節(jié)軸承連接，該支撐模塊一、支撐模塊二分別包括有安裝座和支撐氣缸、導(dǎo)向輪，該安裝座上設(shè)有氣缸直槽口和導(dǎo)向輪直槽口，該支撐氣缸、導(dǎo)向輪分別安裝在氣缸直槽口和導(dǎo)向輪直槽口。
[0011]本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人采用伸縮模塊與支撐模塊的結(jié)構(gòu)，通過支撐氣缸與導(dǎo)向輪的支撐與調(diào)節(jié)，伸縮模塊進(jìn)行推動，采用直槽口裝配方案，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，使結(jié)構(gòu)更緊湊，安裝座還可以安裝其他模塊，例如攝像模塊、紅外傳感模塊、清潔模塊等等，實(shí)現(xiàn)模塊功能的可更換性和定制化，體型小、重量輕，節(jié)約空間。
[0012]優(yōu)選的，該安裝座包括有氣缸安裝板和導(dǎo)向輪安裝板，氣缸安裝板上設(shè)置所述安裝支撐氣缸的氣缸直槽口，導(dǎo)向輪安裝板上設(shè)置所述安裝導(dǎo)向輪的導(dǎo)向輪直槽口。在安裝板上安裝支撐氣缸和導(dǎo)向輪，還可以安裝其他模塊，例如攝像模塊、紅外傳感模塊、清潔模塊等等，實(shí)現(xiàn)模塊功能的可更換性和定制化。
[0013]優(yōu)選的，該導(dǎo)向輪安裝板上還設(shè)有限位凹槽?？梢允箤?dǎo)向輪安裝限位穩(wěn)固，避免負(fù)載過重導(dǎo)致導(dǎo)向輪移位。
[0014]優(yōu)選的，該安裝座上繞軸心均布設(shè)置有兩個所述氣缸安裝板和一個所述導(dǎo)向輪安裝板，該結(jié)構(gòu)支撐力足，移動靈活方便。
[0015]優(yōu)選的，該安裝座上繞軸心均布設(shè)置有一個所述氣缸安裝板和兩個所述導(dǎo)向輪安裝板，該結(jié)構(gòu)導(dǎo)向輪負(fù)載分布合理，機(jī)器人移動穩(wěn)定易控。
[0016]優(yōu)選的，該安裝座上設(shè)有軸承嵌孔以及環(huán)槽，用以安裝關(guān)節(jié)軸承。
[0017]優(yōu)選的，該關(guān)節(jié)軸承為球面軸承。球面軸承中的球面副使得兩個支撐模塊相對于伸縮模塊可以繞動一個空間角度Θ，機(jī)器人因此具備了過彎的能力。
[0018]優(yōu)選的，該管道爬行機(jī)器人還包括有換向閥，該安裝座上設(shè)有換向閥安裝板。
[0019]優(yōu)選的，該支撐氣缸末端設(shè)有支撐塊。通過支撐氣缸驅(qū)動支撐塊來做支撐更為穩(wěn)固。優(yōu)選的，該支撐塊為弧形鍵。弧形鍵的支撐更貼合管道，可以適應(yīng)各種管壁情況。
[0020]優(yōu)選的，該安裝座上繞軸心均布設(shè)置有兩個所述氣缸安裝板和兩個所述導(dǎo)向輪安裝板。
[0021]優(yōu)選的，該伸縮模塊為單活塞桿雙作用氣缸。該單活塞桿雙作用氣缸的活塞前進(jìn)或后退都能輸出力(推力或拉力)，從而推動該管道爬行機(jī)器人的前行移動，結(jié)構(gòu)簡單，行程可根據(jù)需要選擇。
[0022]對比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人采用伸縮模塊與支撐模塊的結(jié)構(gòu)，通過支撐氣缸與導(dǎo)向輪的支撐與調(diào)節(jié)，伸縮模塊進(jìn)行推動，采用直槽口裝配方案，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，使結(jié)構(gòu)更緊湊，安裝座還可以安裝其他模塊，例如攝像模塊、紅外傳感模塊、清潔模塊等等，實(shí)現(xiàn)模塊功能的可更換性和定制化，體型小、重量輕，節(jié)約空間。本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人通過簡單的伸縮模塊與支撐模塊的結(jié)構(gòu)可以在管道內(nèi)自由地行走，具有一定的承載能力，結(jié)構(gòu)簡單。本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人采用氣動驅(qū)動，動力較大，使得機(jī)器人具有承擔(dān)一定負(fù)載的能力，通過調(diào)節(jié)氣壓可以實(shí)現(xiàn)動力大小的調(diào)節(jié)。主體部分采用三段式結(jié)構(gòu)，由關(guān)節(jié)軸承聯(lián)接而成，蠕動實(shí)現(xiàn)過彎管道的功能。電路板外接，機(jī)器人主體部分可以較好地適應(yīng)潮濕的環(huán)境。伸縮模塊采用單活塞桿雙作用氣缸，氣缸本身即可實(shí)現(xiàn)往復(fù)的直線運(yùn)動，簡化了機(jī)構(gòu)。機(jī)器人的支撐模塊的氣缸直槽口和導(dǎo)向輪直槽口設(shè)計可以通過根據(jù)需要調(diào)節(jié)支撐“腳”的不同長度，以適應(yīng)不同內(nèi)徑的管道。
【【附圖說明】】
[0024]圖1是現(xiàn)有技術(shù)利用管內(nèi)流體壓力的管道爬行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是現(xiàn)有技術(shù)輪式自驅(qū)動的管道爬行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是現(xiàn)有技術(shù)腳式自驅(qū)動的管道爬行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4是現(xiàn)有技術(shù)蠕動體結(jié)構(gòu)的管道爬行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是現(xiàn)有技術(shù)管道外驅(qū)動力的管道爬行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6是本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人實(shí)施例一的安裝座正面示意圖；
[0030]圖7是本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人實(shí)施例一的安裝座軸承安裝面示意圖；
[0031 ]圖8是本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人實(shí)施例一支撐模塊一的結(jié)構(gòu)示意簡圖；
[0032]圖9是本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)立體示意圖；
[0033]圖10是本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)正視圖；
[0034]圖11是本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人實(shí)施例三支撐模塊一的結(jié)構(gòu)示意簡圖；
[0035]圖12是本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0036]請參閱圖6?8，本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人包括依次連接的支撐模塊一、伸縮模塊、支撐模塊二，該伸縮模塊與支撐模塊一、支撐模塊二之間通過關(guān)節(jié)軸承連接，該支撐模塊一、支撐模塊二分別包括有安裝座610和支撐氣缸602、導(dǎo)向輪601，該安裝座610上繞軸心均布設(shè)置有一個氣缸安裝板620和兩個導(dǎo)向輪安裝板630。該氣缸安裝板620上設(shè)有氣缸直槽口 621，該導(dǎo)向輪安裝板630上設(shè)有導(dǎo)向輪直槽口 631，該支撐氣缸602、導(dǎo)向輪601分別安裝在氣缸直槽口 621和導(dǎo)向輪直槽口 631。
[0037]本實(shí)用新型管道爬行機(jī)器人采用伸縮模塊與支撐模塊的結(jié)構(gòu)，通過支撐氣缸與導(dǎo)向輪的支撐與調(diào)節(jié)，伸縮模塊進(jìn)行推動，采用直槽口裝配方案，實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，使結(jié)構(gòu)更緊湊，安裝座還可以安裝其他模塊，例如攝像模塊、紅外傳感模塊、清潔模塊等等，實(shí)現(xiàn)模塊功能的可更換性和定制化，體型小、重量輕，節(jié)約空間。在安裝板的直槽口上安裝支撐氣缸和導(dǎo)向輪之外，還可以安裝其他模塊，例如攝像模塊、紅外傳感模塊、清潔模塊等等，實(shí)現(xiàn)模塊功能的可更換性和定制化。
[0038]該導(dǎo)向輪安裝板630上還設(shè)有限位凹槽632，可以使導(dǎo)向輪安裝限位穩(wěn)固，避免負(fù)載過重導(dǎo)致導(dǎo)向輪移位。該安裝座610中心設(shè)有軸承嵌孔640以及環(huán)槽641，該安裝座610上還設(shè)有軸承安裝孔642，用以固定安裝關(guān)節(jié)軸承。
[0039]請參閱圖9和圖10，實(shí)施例二中，該安裝座610上繞軸心均布設(shè)置有兩個所述氣缸安裝板620和一個所述導(dǎo)向輪安裝板630，該結(jié)構(gòu)導(dǎo)向輪負(fù)載分布合理，機(jī)器人移動穩(wěn)定易控。
[0040]該關(guān)節(jié)軸承為球面軸承690。球面軸承中的球面副使得兩個支撐模塊相對于伸縮模塊680可以繞動一個空間角度Θ，機(jī)器人因此具備了過彎的能力。
[0041 ]該管道爬行機(jī)器人還包括有換向閥660，該安裝座上設(shè)有換向閥安裝板661。
[0042]該管道爬行機(jī)器人還包括有控制器670，該安裝座上設(shè)有控制器安裝板671。
[0043]該支撐氣缸602末端設(shè)有支撐塊。通過支撐氣缸驅(qū)動支撐塊來做支撐更為穩(wěn)固。本實(shí)施例中，該支撐塊為弧形鍵651?；⌒捂I的支撐更貼合管道，可以適應(yīng)各種管壁情況。
[0044]在本實(shí)施例中，該伸縮模塊680為單活塞桿雙作用氣缸。
[0045]請參閱圖11和圖12，實(shí)施例三，該安裝座上繞軸心均布設(shè)置有兩個所述氣缸安裝板和兩個所述導(dǎo)向輪安裝板，呈十字分布，該氣缸安裝板上安裝支撐氣缸602，該導(dǎo)向輪安裝板上安裝導(dǎo)向輪601。
[0046]以實(shí)施例三為例說明本發(fā)明氣動管道爬行機(jī)器人工作原理。
[0047]機(jī)器人向后爬行的工作過程:
[0048]a、初始狀態(tài)，前后的兩組支撐氣缸均處于伸出狀態(tài)(支撐狀態(tài))，單活塞桿雙作用氣缸的活塞桿處于伸出狀態(tài)，機(jī)器人靠支撐氣缸上的支撐塊摩擦力的作用停留在管道中；[0049 ] b、上方支撐模塊一的支撐氣缸602收縮，支撐模塊一靠著模塊上的導(dǎo)向輪601支撐前頭部分；
[0050]C、單活塞桿雙作用氣缸的活塞桿收縮，支撐模塊一向下移動一個活動行程，機(jī)器人沿管道內(nèi)壁向下運(yùn)動；
[0051]d、支撐模塊一的支撐氣缸撐開，支撐塊摩擦力的作用使支撐模塊一固定于管道；
[0052]e、支撐模塊二的支持氣缸602收縮，支撐模塊二靠著模塊上的導(dǎo)向輪601支撐后頭部分；
[0053]f、單活塞桿雙作用氣缸的活塞桿向下推出，支撐模塊二向下移動一個活動行程，同時機(jī)器人沿管道內(nèi)壁向下運(yùn)動；該步驟以后機(jī)器人的狀態(tài)恢復(fù)至a狀態(tài)，重復(fù)以上的動作，機(jī)器人不斷向下移動。
[0054]機(jī)器人向前爬行的工作過程與上述向后爬行的工作過程相反:
[0055]1、初始狀態(tài)，前后的兩組氣缸均處于伸出狀態(tài)(支撐狀態(tài))，單活塞桿雙作用氣缸的活塞桿處于伸出狀態(tài)，機(jī)器人靠支持氣缸602上支撐塊摩擦力的作用停留在管道中；
[0056]2、支撐模塊二的支持氣缸602收縮，支撐模塊二靠著模塊上的導(dǎo)向輪601支撐后頭部分；
[0057]3、單活塞桿雙作用氣缸的活塞桿收縮，支撐模塊二向上移動一個活動行程，機(jī)器人沿管道內(nèi)壁向上運(yùn)動；
[0058]4、支撐模塊二的支持氣缸602撐開；
[0059]5、支撐模塊一的支持氣缸602收縮，支撐模塊一靠著模塊上的導(dǎo)向輪601支撐前頭部分；
[0060]6、單活塞桿雙作用氣缸的活塞桿向上推出，支撐模塊一向上移動一個活動行程，同時機(jī)器人沿管道內(nèi)壁向上運(yùn)動;第6步以后機(jī)器人的狀態(tài)恢復(fù)至I，重復(fù)以上的動作，機(jī)器人不斷向上移動。
[0061]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案上的等效變換均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種管道爬行機(jī)器人，其特征在于， 其包括依次連接的支撐模塊一、伸縮模塊、支撐模塊二，該伸縮模塊與支撐模塊一、支撐模塊二之間通過關(guān)節(jié)軸承連接，該支撐模塊一、支撐模塊二分別包括有安裝座和支撐氣缸、導(dǎo)向輪，該安裝座上設(shè)有氣缸直槽口和導(dǎo)向輪直槽口，該支撐氣缸、導(dǎo)向輪分別安裝在氣缸直槽口和導(dǎo)向輪直槽口。2.如權(quán)利要求1所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該安裝座包括有氣缸安裝板和導(dǎo)向輪安裝板，氣缸安裝板上設(shè)置所述安裝支撐氣缸的氣缸直槽口，導(dǎo)向輪安裝板上設(shè)置所述安裝導(dǎo)向輪的導(dǎo)向輪直槽口。3.如權(quán)利要求2所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該導(dǎo)向輪安裝板上還設(shè)有限位凹槽。4.如權(quán)利要求2或3所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該安裝座上繞軸心均布設(shè)置有兩個所述氣缸安裝板和一個所述導(dǎo)向輪安裝板，或該安裝座上繞軸心均布設(shè)置有一個所述氣缸安裝板和兩個所述導(dǎo)向輪安裝板。5.如權(quán)利要求1所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該安裝座上設(shè)有軸承嵌孔以及環(huán)槽。6.如權(quán)利要求5所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該關(guān)節(jié)軸承為球面軸承。7.如權(quán)利要求1所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該管道爬行機(jī)器人還包括有換向閥，該安裝座上設(shè)有換向閥安裝板。8.如權(quán)利要求1所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該支撐氣缸末端設(shè)有支撐塊。9.如權(quán)利要求2或3所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該安裝座上繞軸心均布設(shè)置有兩個所述氣缸安裝板和兩個所述導(dǎo)向輪安裝板。10.如權(quán)利要求1所述的管道爬行機(jī)器人，其特征在于，該伸縮模塊為單活塞桿雙作用氣缸。
【文檔編號】F16L55/32GK205479973SQ201620185634
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】宋志剛
【申請人】深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院