CN107191739A - 一种优化的可发电变径式管道内检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种优化的可发电变径式管道内检测机器人，包括前机体、后机体、中间连接架、电机舱、叶轮，本发明所述前机体与后机体通过中间连接架连接，前后机体骨架为筒状结构，骨架外部设置行走轮机构；前机体骨架内部用于安装叶轮，中间连接架的轴心部分设置电机舱安装孔，叶轮通过机舱端盖与发电机同轴连接，同时电机舱内安装电动机；后机体骨架内安装锥齿轮，电动机与后机体骨架内的主动力传动锥齿轮连接，通过两对锥齿轮的啮合传动，以及同步带轮的传递，带动滚轮实现旋转运动，将动力传输到后机体，从而实现机器人在管道内的运行。前后机体的行走轮机构通过弹簧力的调节作用，以适应管道内径的变化。

Description

一种优化的可发电变径式管道内检测机器人

技术领域

本发明涉及一种优化的可发电变径式管道内检测机器人，特别是能够实现管道内运行的管道机器运行装置。

背景技术

管道作为油气运输等工业使用、自来水运输等生活应用等高效、安全、经济的运输工具，由于长时间的疲劳破坏、流体冲刷、腐蚀以及管道本身缺陷，其在运行一段时间后会不可避免的出现磨损腐蚀穿孔、机械裂纹、裂缝、管道变形等问题，极大地降低了管道输送能力和输送效率，甚至出现管道泄漏等严重现象，容易引发火灾、爆炸等恶性事故，会给使用者造成巨大经济损失甚至影响正常生产生活秩序。因此，必须定时对管道进行检测、维护。

由于管道内作业空间狭窄，环境较差，且管道内压力可能高达数十兆帕斯卡，采用人工直接进入检测是不允许的。目前，最通用的方式是采用机器人装置进入管道，通过机器人携带不同类型的传感器对管道进行检测，记录管道内的检测数据，反馈给检测人员，然后通过分析判别管道缺陷类型和尺寸，确定管道缺陷的位置。

长输管道进行检测时，对机器人的电能供应具有较高的要求，使用缆线供电会极大的限制机器人的行程，这就需要检测机器人携带蓄电池为检测设备以及自身的运行供电。由于检测机器人要在长管道内运行，需要携带大量蓄电池，这样会增加机器人的负载，对其自身结构也有很大的限制，降低机器人的使用效率。利用管道内流体动能驱动叶轮转动，从而带动发电机发电，能极大地解决机器人供电问题。许多现有的发明都有一定的缺陷，如中国专利CN 204437576 U所述的“一种能源自给式管道机器人”，使用叶轮发电，虽然能达到刚性好且支撑稳定可靠的效果，但是对管道内径变化适应能力差；再如中国专利CN202598023 U所述的“可变径轮式管道机器人”，虽然可以实现变径的功能，但是电机能源供应问题很难解决。因此具有可发电、行程远、运动平稳、管径适应能力强等特点的检测机器人正成为国、内外相关领域的研究重点。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种优化的可发电变径式管道内检测机器人，具有管道内径适应性强、可发电、运行平稳可靠、行程远的特点。

本发明的目的是这样实现的：包括前机体、后机体、设置在前机体和后机体之间的中间连接架，所述中间连接内设置有机舱和设置在机舱两端的机舱端盖，所述机舱内设置有电机和发电机，所述后机体包括后机体骨架、安装在电机输出轴上的锥齿轮A、均匀设置在后机体上的至少三个传动轴以及至少三个后支撑轮机构，每个传动轴的两端分别设置锥齿轮C和锥齿轮B，且锥齿轮B位于后机体骨架内、锥齿轮C位于后机体骨架外，后机体骨架上对称设置有与后支撑轮机构数量相等的后滑道，每个后支撑轮机构包括设置在对应后滑道中的后滑块、设置在后滑块与对应后滑道之间的后弹簧、与后滑块铰接的后支杆、通过铰接轴铰接在前机体骨架上的后支座、分别设置在铰接轴两端的锥齿轮D和带轮一、设置在后支座端部的后滚轮轴、安装在后滚轮轴上的后滚轮和带轮二，带轮一与带轮二之间设置同步带，锥齿轮D与锥齿轮C啮合；

所述前机体包括与中间连接架固连的前机体骨架、设置在发电机的电机轴上的叶轮、均匀设计在前机体骨架上的至少三个前支撑轮机构，所述前机体骨架上设置有与前支撑轮结构数量相等的前滑道，每个前支撑轮机构包括设置在对应前滑道中的前滑块、设置在前滑块与对应前滑道之间的前弹簧、与前滑块铰接的前支杆、铰接在前机体骨架上的前支座、设置在前支座端部的前滚轮轴、安装在前滚轮轴上的前滚轮，所述支杆的端部与前支座的中间位置铰接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述后支撑轮机构、前支撑轮机构均有三个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的技术方案提出了一种新的轮式管道内行走装置，本发明采用电机带动锥齿轮旋转，通过两对锥齿轮机构与带轮机构配合控制滚轮的转动，支撑轮机构与机体骨架之间通过弹簧的调节作用，并作用于管道内壁，提高了整个装置的可靠性，以及对管道内径变化的适应能力，使得机构更加柔性化，前后机体通过中间连接架对称安装，运行过程中较平稳，有利于延长机体寿命；通过流体的推动作用，实现叶轮旋转，可以随时发电，节省了电能，可以运行较远的距离。本发明装置机械结构简单紧凑、可发电、行程较大、管道内径适应性强、运行稳定、工作效率高、安全可靠，为管道机器人的发展提供了一种新的设计思维，拥有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的发电部分结构示意图；

图3a和图3b分别为本发明的前机体骨架和后机体骨架结构示意图；

图4为本发明的前机体结构示意图；

图5为本发明的后机体结构示意图；

图6为本发明的后机体动力轮结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图6，本发明包括前机体、后机体、中间连接架、电机舱、叶轮等组成部分。本发明所述前机体与后机体通过中间连接架连接，前后机体骨架为筒状结构，骨架外部设置行走轮机构；前机体骨架内部用于安装叶轮，中间连接架的轴心部分设置电机舱安装孔，叶轮通过机舱端盖与发电机同轴连接，同时电机舱内安装电动机；后机体骨架内安装锥齿轮，电动机与后机体骨架内的主动力传动锥齿轮连接，通过两对锥齿轮的啮合传动，以及同步带轮的传递，带动滚轮实现旋转运动，将动力传输到后机体，从而实现机器人在管道内的运行。前后机体的行走轮机构通过弹簧力的调节作用，以适应管道内径的变化。电机舱与后机体均需要安装端盖密封。锥齿轮机构、带轮机构均需要安装保护、密封装置。前后机体的支撑轮机构、锥齿轮机构、同步带轮机构、弹簧组件均有3组，均匀分布于机体骨架的外部。

本发明的工作原理是：前机体与后机体通过中间连接架连接，前后机体骨架为筒状结构，骨架外部设置行走轮机构；前机体骨架内部用于安装叶轮，中间连接架的轴心部分设置电机舱安装孔，叶轮通过机舱端盖与发电机同轴连接，同时电机舱内安装电动机；后机体骨架内安装锥齿轮，电动机与后机体骨架内的主动力传动锥齿轮连接，通过两对锥齿轮的啮合传动，以及同步带轮的传递，带动滚轮实现旋转运动，将动力传输到后机体，从而实现机器人在管道内的运行。前后机体的行走轮机构通过弹簧力的调节作用，以适应管道内径的变化。

结合图1，本发明是一种优化的可发电变径式管道内检测机器人，能够实现管道内行走的管道机械装置。图1具体包括：前机体1、后机体2、中间连接架4、叶轮5，所述电机安装于电机舱内，电机轴与大锥齿轮同轴相连，将动力输入到大锥齿轮，通过齿轮啮合带动带轮工作，从而带动滚轮旋转。通过弹簧的调节作用控制支撑轮机构相对于筒状机体骨架轴线的长度，以适应不同的管道内径。且所述电机转速可调，可以通过调节电机的转速控制整个装置的运行速度。

所述发电部分，如图2所示，具体包括：叶轮5、机舱前端盖3-3、发电机3-2、舱体3-1、中间连接架4、机舱后端盖3-5、电机3-4，叶轮5与发电机3-2同轴相连，在有流体推动的情况下，可以发电，机舱两端需要安装端盖进行密封，并起到支承的作用。

所述前机体1，如图3a、4所示，主要由前机体骨架1-1、前弹簧1-2、前滑块1-3、前支杆1-4、前支座1-5、前滚轮1-6组成。前滑块1-3可以在前机体骨架1-1的滑道内滑动，并且前滑块1-3与前机体骨架1-1通过前弹簧1-2连接，前滑块1-3同时与前支杆1-4铰接，前支杆1-4的另一端与前支座1-5铰接，前支座1-5同时与前骨架1-1铰接。在管道内径发生变化时，压缩滚轮的力会随着发生变化，通过前支杆1-4、前滑块1-3就会改变前弹簧1-2的压力，并且设置本发明的前弹簧1-2始终处于受力的状态。

所述后机体2，如图3b、5、6所示，锥齿轮A2-2、锥齿轮B2-3安装于后机体骨架2-1内，锥齿轮A与电机3-5同轴连接，将动力输入到后机体；锥齿轮C2-4与锥齿轮B2-3通过传动轴2-6同轴连接，锥齿轮C与锥齿轮D2-5啮合，锥齿轮D与后支座2-13、带轮一2-8通过铰接轴2-7同轴安装，因此可以通过同步带2-9带动带轮二2-10转动；带轮二2-10、后滚轮2-12、后支座2-13通过滚轮轴2-11同轴连接，这样就实现了滚轮的转动。因为锥齿轮D与后支座2-13、带轮2-8通过铰接轴2-7同轴安装，因此在后支座2-13绕着铰接轴2-7转动时，齿轮带轮的安装距离都不会发生变化，同样可以实现不同管道内径的运行，此功能通过后支杆2-14、后滑块2-15、后弹簧2-16来实现。

综上所述，本发明可以实现机器人的管道内运行，并且对变径管道的适应性强，通过流体驱动带动叶轮旋转，可以随时补充电能。本设计采用锥齿轮机构、带轮传动的配合作为动力传动，弹簧机构与滑块机构的配合作为支撑轮的调节，对管道内径的变化适应性强，增强了装置的使用性能，扩大了其适用范围；本发明装置机械结构简单紧凑、可发电、行程较大、管道内径适应性强、运行稳定、工作效率高、安全可靠，为管道机器人的发展提供了一种新的设计思维，有利于管道内检测机器人的发展。

Claims (2)

1.一种优化的可发电变径式管道内检测机器人，其特征在于：包括前机体、后机体、设置在前机体和后机体之间的中间连接架，所述中间连接内设置有机舱和设置在机舱两端的机舱端盖，所述机舱内设置有电机和发电机，所述后机体包括后机体骨架、安装在电机输出轴上的锥齿轮A、均匀设置在后机体上的至少三个传动轴以及至少三个后支撑轮机构，每个传动轴的两端分别设置锥齿轮C和锥齿轮B，且锥齿轮B位于后机体骨架内、锥齿轮C位于后机体骨架外，后机体骨架上对称设置有与后支撑轮机构数量相等的后滑道，每个后支撑轮机构包括设置在对应后滑道中的后滑块、设置在后滑块与对应后滑道之间的后弹簧、与后滑块铰接的后支杆、通过铰接轴铰接在前机体骨架上的后支座、分别设置在铰接轴两端的锥齿轮D和带轮一、设置在后支座端部的后滚轮轴、安装在后滚轮轴上的后滚轮和带轮二，带轮一与带轮二之间设置同步带，锥齿轮D与锥齿轮C啮合；

所述前机体包括与中间连接架固连的前机体骨架、设置在发电机的电机轴上的叶轮、均匀设计在前机体骨架上的至少三个前支撑轮机构，所述前机体骨架上设置有与前支撑轮结构数量相等的前滑道，每个前支撑轮机构包括设置在对应前滑道中的前滑块、设置在前滑块与对应前滑道之间的前弹簧、与前滑块铰接的前支杆、铰接在前机体骨架上的前支座、设置在前支座端部的前滚轮轴、安装在前滚轮轴上的前滚轮，所述支杆的端部与前支座的中间位置铰接。

2.根据权利要求1所述的一种优化的可发电变径式管道内检测机器人，其特征在于：所述后支撑轮机构、前支撑轮机构均有三个。