CN102788225B - 一种喷流推进式管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷流推进式管道机器人，机器人由机舱、机艏和转向模块三部分组成，其中机器人的机舱中安装有无线通讯模块、控制模块、电源模块、推进模块、检测模块、定位模块和制动模块；通过调节转向模块控制导向部分向岔道方向产生一定角度的偏转，导向部分就可以改变机器人的运动方向，进入岔道。温度传感器和CCD摄像头用于采集现场温度的以及拍摄实地情况，并传输到电脑上显示，同时对图像进行压缩处理。转向模块连接部分包围有一层蒙皮，用于保护转向模块的连接。机器人外部包有聚氨脂或橡胶，并在机舱的尾部开有流体通道，供流体流通。在机器人的机艏和机舱外各安装有成120度等间隔圆周分布3个支撑轮组件，以保证有效支撑。

Description

一种喷流推进式管道机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种喷流推进式管道机器人。

背景技术

在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛的应用。为提高管道的寿命、防止泄露等事故发生，就必须对管道进行有效的检测维护，管道机器人为满足该需要而产生。管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。

发明内容

本发明针对现有一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中对管道的广泛应用的现状，提出一种喷流推进式管道机器人，对管道进行有效的检测维护，提高管道的寿命、防止泄露等事故发生。

本发明是这样实现的，一种喷流推进式管道机器人，其特征在于，所述机器人由机舱、机艏和转向模块三部分组成，其中机器人的机舱中安装有无线通讯模块、控制模块、电源模块、推进模块、检测模块、定位模块和制动模块；机舱部分和机艏部分的联结是通过转向模块连接，连接部分包围有一层蒙皮；所述机器人安装有蓄电池；机器人的机艏内安装有温度传感器和CCD摄像头；

机舱、机艏和转向模块内部结构关系为：

压缩弹簧上部嵌套在内套筒内部，用固定螺钉固定；

中间套筒安装在压缩弹簧外部，与内套筒相连；

外套筒位于压缩弹簧下部，通过固定螺钉固定；

支撑轮与轴承相连；

轴承外部安装了轴承端盖；

制动块和制动架是联结在一起；

制动块与支撑轮相连；

衔铁与电磁铁相连；

电机的输出轴与电机输出齿轮相连；

安装在传动轴上的齿轮，与电机输出齿轮啮合；

轴承I与轴承盖I安装在传动轴上；

锁紧螺母与大圆锥齿轮相连；

前涡轮叶片和后涡轮叶片同轴安装在传动轴上；

小圆锥齿轮与大圆锥齿轮啮合；

轴用弹性挡圈I与前涡轮叶片相连；

轴周弹性挡圈II与后涡轮叶片相连；

齿轮轴与扇形齿轮啮合；

扇形齿轮与轴承及轴承端盖相连。

进一步，所述机器人外部包有聚氨脂或橡胶，并在机舱的尾部开有流体通道，供流体流通。

进一步，在所述机器人的机艏和机舱外各安装有成120度等间隔圆周分布3个支撑轮组件。

进一步，所述机舱安装有3个具有径向调节功能的支撑轮。

本发明提供的喷流推进式管道机器人，采用同轴对转结构使机器人运转平稳，机器人的能量主要由自身携带蓄电池提供，机器人固定时可以通过流经的液体驱动同轴对转的涡轮叶片为蓄电池充电，转向动作主要通过二级齿轮传动，其可控性强，万向节活动灵敏，结构合理，配合紧凑，效果良好。该结构将同轴对转机构用于管道机器人属于首创。

附图说明

图1是本发明提供的管道机器人结构俯视图；

图2是本发明提供的管道机器人结构剖视图。

图中：1、轴承端盖；2、轴承；3、支撑轮；4、外套筒；5、中间套筒；6、内套筒；7、压缩弹簧；8、制动块；9、电磁铁；10、大圆锥齿轮；11、小圆锥齿轮；12、轴承I；13、轴承盖I；14后涡轮叶片；15、滚针轴承；16、传动轴；17、前涡轮叶片；18、电机；19、轴承及轴承端盖；20、扇形齿轮；21、齿轮轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1、2示出了本发明实施例提供的管道机器人结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

压缩弹簧7上部嵌套在内套筒6内部，用固定螺钉固定；

中间套筒5安装在压缩弹簧7外部，与内套筒6相连；

外套筒4位于压缩弹簧7下部，通过固定螺钉固定；

支撑轮3与轴承2相连；

轴承2外部安装了轴承端盖1；

制动块8和制动架是联结在一起；

制动块8与支撑轮3相连；

衔铁与电磁铁9相连；

电机188的输出轴与电机输出齿轮相连；

安装在传动轴16上的齿轮，与电机输出齿轮啮合；

轴承I12与轴承盖I13安装在传动轴16上；

锁紧螺母与大圆锥齿轮10相连；

前涡轮叶片17和后涡轮叶片14同轴安装在传动轴16上；

小圆锥齿轮11与大圆锥齿轮10啮合；

轴用弹性挡圈I与前涡轮叶片17相连；

轴用弹性挡圈II与后涡轮叶片14相连。

齿轮轴21与扇形齿轮20啮合；

扇形齿轮20与轴承及轴承端盖19相连；

本例中的一种喷流推进式管道机器人，轴承端盖1、轴承2、支撑轮3、外套筒4、中间套筒5、内套筒6、压缩弹簧7、制动块8、电磁铁9、大圆锥齿轮10、小圆锥齿轮11、轴承I12、轴承盖I13、后涡轮叶片14、滚针轴承15、传动轴16、前涡轮叶片17、电机188、轴承及轴承端盖19、扇形齿轮20和齿轮轴21组成。制动块8和制动架是联结在一起的。机器人制动的控制是通过控制制动块8与支撑轮3的摩擦力实现的。电磁铁9失电时，电磁铁9中的衔铁在弹簧力的作用下向下运动，从而带动制动块8压迫支撑轮3，支撑轮3与管壁的滚动摩擦力变为滑动摩擦力，当该摩擦力大于机器人所受推力时，机器人的运动就停止，机器人便卡在管道内，此时推进模块可以发电成为蓄能模块。电磁铁9的失电可以通过主动控制，也可以是被动失电。即机器人携带的蓄电池电能耗尽时，电磁铁9处于失电状态，机器人停止运动。当电磁铁9得电时，衔铁与铁心产生的电磁力克服弹簧力，通过制动架把制动块8拉起，则恢复支撑轮3在管壁上的滚动。

推进模块为机器人提供驱动力，机器人依靠喷流推进前进，喷流由一对同轴对转的涡轮叶片产生，电机18的正反转控制管道机器人前进，后退动作。为了抵消涡轮叶片旋转时给机器人的反作用力，我们采用同轴对转机构，前涡轮叶片17为左旋型，后涡轮叶片14为右旋型。当电机18带动前涡轮叶片17旋转时，通过2个圆锥齿轮同时带动后涡轮叶片14反向旋转。由于两叶片的大小、转速相等，旋转方向相反，各自对机器人产生的正反力矩能够相互抵消，产生的轴向作用力相互叠加推动机器人运动。

转向模块机构设计方案的主要优点是在整个对转涡轮叶片的推进系统中，前涡轮叶片产生的未被有效利用的涡动能量能够在后一涡轮叶片上得到了利用，转化为有效的推进动力，提高了推进效率。而且本模块利用同轴对转的结构设计巧妙地抵消了叶片旋转时所产生的反力矩，使机器人在管道内平稳运行。

本例中的一种喷流推进式管道机器人，其特征在于：机器人由机舱、机艏和转向模块三部分组成，其中机器人的机舱中安装有无线通讯模块、控制模块、电源模块、推进模块、检测模块、定位模块和制动模块。机器人的链接部分主要是一个转向模块，用于完成机器人在管道内的主动转向功能。当机器人运行到管道岔道时，只要通过调节转向模块控制导向部分向岔道方向产生一定角度的偏转，导向部分就可以改变机器人的运动方向，进入岔道。机器人的机艏内安装有温度传感器和CCD摄像头。主要用于采集现场温度的以及拍摄实地情况，并传输到电脑上显示，同时对图像进行压缩处理。机舱部分和机艏部分的联结是通过转向模块连接，连接部分包围有一层蒙皮，用于保护转向模块的连接。同时，由于机器人通常在油、水介质和高压、高温的环境下工作，为了保护机器人的内部元器件，机器人外部包有聚氨脂或橡胶，并在机舱的尾部开有流体通道，供流体流通。在机器人的机艏和机舱外各安装有成120度等间隔圆周分布3个支撑轮组件，以保证有效支撑。安装于机舱的3个支撑轮具有径向调节功能，既可以控制机器人运行速度，也可以制动。

本发明实施例提供的喷流推进式管道机器人，机器人由机舱、机艏和转向模块三部分组成，其中机器人的机舱中安装有无线通讯模块、控制模块、电源模块、推进模块、检测模块、定位模块和制动模块。机器人的链接部分主要是一个转向模块，用于完成机器人在管道内的主动转向功能。当机器人运行到管道岔道时，只要通过调节转向模块控制导向部分向岔道方向产生一定角度的偏转，导向部分就可以改变机器人的运动方向，进入岔道。机器人的机艏内安装有温度传感器和CCD摄像头。主要用于采集现场温度的以及拍摄实地情况，并传输到电脑上显示，同时对图像进行压缩处理。机舱部分和机艏部分的联结是通过转向模块连接，连接部分包围有一层蒙皮，用于保护转向模块的连接。同时，由于机器人通常在油、水介质和高压、高温的环境下工作，为了保护机器人的内部元器件，机器人外部包有聚氨脂或橡胶，并在机舱的尾部开有流体通道，供流体流通。在机器人的机艏和机舱外各安装有成120度等间隔圆周分布3个支撑轮组件，以保证有效支撑。安装于机舱的3个支撑轮具有径向调节功能，既可以控制机器人运行速度，也可以制动。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种喷流推进式管道机器人，其特征在于，所述机器人由机舱、机艏和转向模块三部分组成，其中机器人的机舱中安装有无线通讯模块、控制模块、电源模块、推进模块、检测模块、定位模块和制动模块；机舱部分和机艏部分的联结是通过转向模块连接，连接部分包围有一层蒙皮；所述机器人安装有蓄电池；机器人的机艏内安装有温度传感器和CCD摄像头；

机舱、机艏和转向模块内部结构关系为：

压缩弹簧上部嵌套在内套筒内部，用固定螺钉固定；

中间套筒安装在压缩弹簧外部，与内套筒相连；

外套筒位于压缩弹簧下部，通过固定螺钉固定；

支撑轮与轴承相连；

轴承外部安装了轴承端盖；

制动块和制动架是联结在一起；

制动块与支撑轮相连；

衔铁与电磁铁相连；

电机的输出轴与电机输出齿轮相连；

安装在传动轴上的齿轮，与电机输出齿轮啮合；

轴承I与轴承盖I安装在传动轴上；

锁紧螺母与大圆锥齿轮相连；

前涡轮叶片和后涡轮叶片同轴安装在传动轴上；

小圆锥齿轮与大圆锥齿轮啮合；

轴用弹性挡圈I与前涡轮叶片相连；

轴用弹性挡圈II与后涡轮叶片相连；

齿轮轴与扇形齿轮啮合；

扇形齿轮与轴承及轴承端盖相连。

2.如权利要求1所述的喷流推进式管道机器人，其特征在于，所述机器人外部包有聚氨脂或橡胶，并在机舱的尾部开有流体通道，供流体流通。

3.如权利要求1所述的喷流推进式管道机器人，其特征在于，在所述机器人的机艏和机舱外各安装有成120度等间隔圆周分布3个支撑轮组件。

4.如权利要求1所述的喷流推进式管道机器人，其特征在于，所述机舱安装有3个具有径向调节功能的支撑轮。