CN102261540A - 自胀式尺蠖机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供自胀式尺蠖机器人，包括自胀装置和伸缩驱动装置；自胀装置包括前自胀装置和后自胀装置，前自胀装置和后自胀装置结构相同、对称布置，前自胀装置包括自胀装置基体、蜗轮、丝杠、双锥体、自胀杆、支撑轮、旋转电机、蜗杆；伸缩驱动装置包括直线电机初级拉杆、直线电机和连接支架，直线电机初级拉杆与直线电机相连，直线电机安装在连接支架中；直线电机初级拉杆与前自胀装置的双锥体相连，连接支架与后自胀装置的双锥体相连。本发明结构简单，可以应用于在不同管径的管道内往复直线移动，实现对管道的检测与维修功能。

Description

自胀式尺蠖机器人

技术领域

本发明涉及的是一种用于管道作业的机器人。

背景技术

在工业领域，管道是进行物质传输的最重要的工具。在化工、核能、日常生活等方面有极其广泛的应用。但是，目前管道内故障与管道损伤的探测手段却相当落后，基本采用开掘式检测方法。这种方法对劳动力的需求大，且对管道具有破坏作用。管道形状复杂，内部空间狭窄，内部状况恶劣且不可忽视，如何对管道内状况进行监控，检修成为科学界研究的重点之一，管路内爬行机器人是机器人重点研究领域之一。国内已有管道移动机器人的研究。尺蠖式爬行机器人装置(申请号：200610054565.3)是由前卡紧装置、后卡紧装置、伸缩腰、安全锁紧装置等部分组成。利用交替工作的前后卡紧装置与能伸长和缩短的伸缩腰与配合，作尺蠖式前进。安全锁紧装置置于前后卡紧装置之间，在机器人失控时，起保护作用。卡紧装置由电机驱动，产生较大锁紧力，在空间任意方位均能有效工作。但该机器人只能适应一种管径的工作，工作环境不够灵活。

尺蠖式油井管道机器人装置(申请号：200710171226.8)包括上段、中段、下段，三段相互独立，所述上下段结构相同，其中：连接管、第一管头、第一传动机构通过螺纹方式安装在第一外管内，两密封圈分别嵌于连接管和第一管头内，锁定螺母固定在第一管头和第一传动机构上，顶杆机构通过螺纹方式一端固定在第一管头，一端固定在第一传动机构上；所述中段没有顶杆机构，其他结构与上下段相同。上下段交替顶紧管壁与放松，配合中段的伸缩运动，以推动上段、拖动下段，反向爬行时，运动次序刚好相反。该发明用于油井管道中仪器的安装，完成井中参数的测量，检测井的工作状态，也可作为其他领域管道设备运输和检测的载体。但该机器人机械结构繁琐，控制复杂，维修困难。

发明内容

本发明的目的在于提供其结构简单、可以应用于在不同管径的管道内往复直线移动、实现对管道的检测与维修功能的自胀式尺蠖机器人。

本发明的目的是这样实现的：

本发明自胀式尺蠖机器人，其特征是：包括自胀装置和伸缩驱动装置；自胀装置包括前自胀装置和后自胀装置，前自胀装置和后自胀装置结构相同、对称布置，前自胀装置包括自胀装置基体、蜗轮、丝杠、双锥体、自胀杆、支撑轮、旋转电机、蜗杆，旋转电机、蜗轮安装在自胀装置基体里，旋转电机通过蜗杆带动蜗轮传动，双锥体通过丝杠和蜗轮相连，自胀杆和支撑轮安装在自胀装置基体上，2个自胀杆和2个支撑轮为一组，每组自胀杆和支撑轮分别对称布置在双锥体两侧，自胀杆的一端与双锥体上接触；伸缩驱动装置包括直线电机初级拉杆、直线电机和连接支架，直线电机初级拉杆与直线电机相连，直线电机安装在连接支架中；直线电机初级拉杆与前自胀装置的双锥体相连，连接支架与后自胀装置的双锥体相连。

本发明还可以包括：

1、所述的自胀杆和支撑轮有3-5组，且每组自胀杆和支撑轮在自胀装置基体上成圆周平均分布。

2、所述的蜗轮通过蜗轮安装座安装在自胀装置基体里，蜗轮通过螺栓销钉与蜗轮安装座连接，螺栓销钉在蜗轮的导槽内运动并限制蜗轮的轴向运动。

3、蜗轮与丝杠通过内螺纹配合，蜗轮轮毂处有导槽。

4、双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。

本发明的优势在于：其结构简单，可以应用于在不同管径的管道内往复直线移动，实现对管道的检测与维修功能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的A-A面剖视图；

图3为本发明的B-B面剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施方式1：

结合图1～3，主要由前自胀装置、伸缩驱动装置、后自胀装置组成。其中，自胀装置由自胀装置基体3、蜗轮6、蜗轮安装座4、丝杠7、自胀杆8、弹簧9、支撑轮10、双锥体11、附件2、旋转电机15、联轴器16、轴承17和蜗杆18组成。附件2安装在自胀装置的尾部，旋转电机15安装在自胀装置基体3上，通过联轴器16带动蜗杆18和蜗轮6传动。蜗轮6与丝杠7通过内螺纹配合，蜗轮6轮毂处有导槽，通过螺栓销钉5与蜗轮安装座4连接，螺栓销钉5在蜗轮6的导槽内运动，限制蜗轮6的轴向运动。蜗轮安装座4通过螺栓固定在自胀装置基体3上。自胀装置有三组成圆周平均分布的自胀杆8和支撑轮10安装在自胀装置基体3上，每组有2个自胀杆8和2个支撑轮10，对称布置在双锥体11的两侧。自胀杆8一端与圆形管道1接触，一端与双锥体11导槽接触，并装有复位弹簧9。自胀装置基体3靠支撑轮10与圆形管道1保持平行。伸缩驱动装置由直线电机初级拉杆12、直线电机13和连接支架14组成。伸缩驱动装置中的直线电机初级拉杆12与前自胀装置的双锥体11相连接，驱动装置中的连接支架14与后自胀装置的双锥体相连。

本发明专利的工作原理是：

前自胀装置的旋转电机工作，驱动前双锥体11向前移动，使自胀杆8沿双锥体11导槽运动直至与圆形管道1接触，并将前自胀装置固定在圆形管道1上；然后，伸缩驱动装置的直线电机13工作，驱动后自胀装置向前移动，并对前自胀装置产生向前的推力，使前双锥体11对自胀杆8的作用力越来越大，自胀杆8与圆形管道1之间的摩擦力越来越大，实现自胀原理。达到预定位移后，直线电机13停止工作，后旋转电机15工作，使后自胀杆8卡紧到圆形管道1后，后旋转电机15停止工作。然后，前旋转电机15工作，使前自胀杆8恢复松弛状态，直线电机13反转，驱动前自胀装置向前运动，达到预定位置。其特征是通过直线电机13的驱动，前、后旋转电机交替控制前、后自胀装置的移动，完成尺蠖式前进。

本发明工作的具体步骤如下：

初始状态，前、后自胀装置都未与圆形管道1接触。

第一步，前自胀装置的旋转电机15通过联轴器16带动蜗杆18旋转，蜗杆18带动蜗轮6工作使丝杠7产生向前的位移，丝杠7与前双锥体11通过螺栓连接，同时自胀杆8沿双锥体11导槽产生运动直至与圆形管道1接触，并且越向前运动张紧杆的摩擦力越大，将前自胀装置固定在圆形管道1上。支撑轮10保证自胀装置与圆形管道1平行。然后，前旋转电机5停止工作，完成前自胀装置卡紧定位功能。

第二步，直线电机13工作，带动连接支架14向前移动，连接支架14与后自胀装置通过螺栓连接，驱动后自胀装置向前移动。此时，后自胀杆处于松弛状态，达到预定位移后，直线电机13停止工作，完成尺蠖机器人的向前缩运动。

第三步，后旋转电机15工作，驱动后双锥体11向前运动，后双锥体11驱使自胀杆8沿双锥体11导槽产生运动，将后自胀装置固定在圆形管道1上。前旋转电机15反向工作，前自胀杆8通过弹簧9恢复到原位，使前自胀杆8不与管壁接触。

第四步，直线电机13工作，直线电机初级拉杆12向前移动，直线电机初级拉杆12与前自胀装置通过螺栓连接，从而驱动前自胀装置向前运动，达到预定位移后，直线电机13停止工作，完成尺蠖机器人的向前伸运动。

如上述步骤完成一个运动循环。上述后自胀装置也可以作为前自胀装置，在管道中反向移动。

Claims (9)

1.自胀式尺蠖机器人，其特征是：包括自胀装置和伸缩驱动装置；自胀装置包括前自胀装置和后自胀装置，前自胀装置和后自胀装置结构相同、对称布置，前自胀装置包括自胀装置基体、蜗轮、丝杠、双锥体、自胀杆、支撑轮、旋转电机、蜗杆，旋转电机、蜗轮安装在自胀装置基体里，旋转电机通过蜗杆带动蜗轮传动，双锥体通过丝杠和蜗轮相连，自胀杆和支撑轮安装在自胀装置基体上，2个自胀杆和2个支撑轮为一组，每组自胀杆和支撑轮分别对称布置在双锥体两侧，自胀杆的一端与双锥体上接触；伸缩驱动装置包括直线电机初级拉杆、直线电机和连接支架，直线电机初级拉杆与直线电机相连，直线电机安装在连接支架中；直线电机初级拉杆与前自胀装置的双锥体相连，连接支架与后自胀装置的双锥体相连。

2.根据权利要求1所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是：所述的自胀杆和支撑轮有3-5组，且每组自胀杆和支撑轮在自胀装置基体上成圆周平均分布。

3.根据权利要求1或2所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是：所述的蜗轮通过蜗轮安装座安装在自胀装置基体里，蜗轮通过螺栓销钉与蜗轮安装座连接，螺栓销钉在蜗轮的导槽内运动并限制蜗轮的轴向运动。

4.根据权利要求1或2所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是：蜗轮与丝杠通过内螺纹配合，蜗轮轮毂处有导槽。

5.根据权利要求3所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是：蜗轮与丝杠通过内螺纹配合，蜗轮轮毂处有导槽。

6.根据权利要求1或2所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是：双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。

7.根据权利要求3所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是：双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。

8.根据权利要求4所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是：双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。

9.根据权利要求5所述的自胀式尺蠖机器人，其特征是：双锥体上开有导槽，自胀杆与双锥体的接触位置为导槽所在位置。

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