CN108019586A - 一种稳定型管道机器人行走机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管道机器人技术领域，公开了一种稳定型管道机器人行走机构，包括前壳体、后壳体，前壳体的内端后端设有前端盖，后壳体的前端设有后端盖，前端盖与后端盖之间通过主电缸连接，主电缸有两个，两个主电缸的外部设有电缸定位套，前壳体的侧面设有三个前支撑脚组件，后壳体的侧面设有三个后支撑脚组件，前壳体内设有用于驱动前支撑脚组件伸缩动作的前驱动机构，后壳体内设有用于驱动后支撑脚组件伸缩动作的后驱动机构；前壳体的前端设有球面导流罩，球面导流罩的顶部中心设有柔性杆，柔性杆的前端设有反射传感器，后壳体的后端连接有透明的储物筒。本发明具有整体结构简单、体积小、稳定性好、适应性强的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及管道机器人技术领域，尤其涉及一种稳定型管道机器人行走机构。
背景技术
石油、天然气是人类生产生活中不可或缺的重要能源，油气管道作为运输这类能源的重要输送渠道，是推动人类经济发展和造福民生的能源动脉，我国陆上油气管道总里程达到12×104km，维护油气管道的安全意义重大，管道之间通常都是采用焊接连接，为了确保管道的稳定性，通常需要对管道进行探伤检测，检测焊接头处是否有裂纹、检测管道内壁是否有纵向裂纹等，而且通常管壁具有一定的厚度，从外部很难准确的检测裂纹，因此需要进入管道内部进行探伤检测。但是由于管道很长，而且内部环境恶劣，有些管道中残留有毒气等，人工无法直接进入管道对管道进行探伤检测，因此通常用到管道机器人检测，目前常见的管道机器人有流体驱动式、轮式、履带式、行走式等，将管道机器人置于管道的一端，管道机器人上安装有各种检测探头、传感器，管道机器人本身通过很长的电缆与外界的机站、工程车等连接，电缆一方面为管道机器人供电，另一方面用于数据传输，管道机器人检测到的数据通过电缆传递到机站，通过机站的显示屏上能够实施获得检测信息。
然而很多管道的底部残留有各种垃圾杂物，轮式、履带式、行走式机器人进入后移动不方便，在管道内移动不够机动灵活，而且管道内存在倾斜向上的斜坡，很多管道机器人爬坡能力差，有的管道机械人只能向前移动，而无法向后移动，进入封闭的管道内通常无法后退，不够机动灵活。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的管道机器人存在的上述问题，提供了一种结构简单体积小、移动机动灵活、稳定性好的管道机器人行走机构。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种稳定型管道机器人行走机构，包括前壳体、后壳体，所述前壳体的内端后端设有前端盖，所述后壳体的前端设有后端盖，所述前端盖与后端盖之间通过主电缸连接，所述的主电缸有两个，两个主电缸的电缸轴相互平行、朝向相反，两个主电缸的外部设有电缸定位套，所述前壳体的的侧面设有三个前支撑脚组件，所述后壳体的侧面设有三个后支撑脚组件，所述的前壳体内设有用于驱动前支撑脚组件伸缩动作的前驱动机构，所述的后壳体内设有用于驱动后支撑脚组件伸缩动作的后驱动机构；所述前壳体的前端设有球面导流罩，所述球面导流罩的顶部中心设有柔性杆，所述柔性杆的前端设有反射传感器，所述后壳体的后端连接有透明的储物筒。
将摄像头组件、超声波探伤探头组件等检测组件安装在储物筒内，管道机器人置于管道内，通过电缆与外界的机站连接，电缆为管道机器人提供电源以及数据传递；行走时，前驱动机构动作，使得三个前支撑脚组件伸出与管壁接触支撑，后驱动机构动作，使得三个后支撑脚组件缩入与管壁分离，两个主电缸轴端缩入，从而拉动后壳体向前移动一段距离，然后后驱动机构动作，使得三个后支撑脚组件伸出与管壁接触支撑，前驱动机构动作，使得三个前支撑脚组件缩入与管壁分离，两个主电缸的轴端伸出，从而推动前壳体向前移动一段距离；前驱动机构、后驱动机构、主电缸重复上述动作，从而实现管道机器人在管道内移动；当管道转弯时，柔性杆端部的反射传感器会检测到障碍物，此时其中一个主电缸的轴端保持缩入状态，后续移动时只有一个主电缸动作，从而缩短管道机器人的轴向长度，转弯时能防止干涉；遇到管道倾斜向上时，由于该种机器人无论什么状态，至少有一组支撑脚组件与管壁接触支撑，从而能够稳定的爬坡，对管道的适应能力很强，而且整体结构简单、体积小、稳定性好。
作为优选，所述前支撑脚组件与后支撑脚组件的结构相同，前支撑脚组件包括缸套、侧活塞、支撑杆，所述支撑杆的内端伸入缸套内与侧活塞固定连接，支撑杆与缸套滑动连接，所述支撑杆的外端设有支撑座；所述的前驱动机构包括前隔离套、前电缸，所述前隔离套的后端与前端盖连接，所述前隔离套的前端与前壳体内的空腔连通，所述的前电缸固定在前隔离套内，所述前电缸的轴端设有前活塞；所述的后驱动机构包括后隔离套、后电缸，所述后隔离套的前端与后端盖连接，所述后隔离套的后端与后壳体内的空腔连通，所述的后电缸固定在前隔离套内，所述后电缸的轴端设有后活塞；所述前壳体、后壳体的侧面均设有三个连接套，所述前支撑脚组件上的缸套与前壳体上的连接套一一对应连接，所述后支撑脚组件上的缸套与后壳体上的连接套一一对应连接，所述前壳体、后壳体内均充满油液，连接套的底部设有与缸套连通的油孔。前电缸轴端伸出时，前活塞移动，从而将前隔离套内的油液挤出，油液通过油孔进入缸套内推动对应的支撑杆伸出，反之，前电缸轴端缩入时，缸套内的油液进入前隔离套内，对应的支撑杆就会缩入，从而能够稳定的控制前支撑脚组件、后支撑脚组件动作，而且前电缸置于前壳体内，后电缸置于后壳体内，使得整体结构紧凑、轴向长度显著缩短，提高对弯管的适应能力，能对具有一定弧度的管道进行检测。
作为优选，所述的支撑座上均匀设有三根弹性伸缩杆，所述弹性伸缩杆的外端设有防滑压块。由于管道内壁为曲面，通过弹性伸缩杆与管壁接触支撑，弹性伸缩杆能够自动适应管壁的弧度，支撑稳定性好，尤其是爬竖直的管道时，稳定性非常好。
作为优选，所述支撑杆内设有中心孔，中心孔的内端封闭，中心孔内设有定位杆，所述的定位杆与中心孔滑动连接，定位杆的外端伸出支撑杆外并在端部设有滚轮；所述定位杆的内端侧面设有沿轴向分布的长槽通孔，所述支撑杆的侧面设有与长槽孔对应的限位槽孔，所述缸套的外端设有限位销，所述的限位销同时穿过限位槽孔、长槽通孔，所述支撑杆的内端与中心孔的底部之间设有压簧。定位杆起到定位作用，当前壳体(后壳体)上的支撑杆全部缩入时，前壳体(后壳体)会失去支撑，导致整个机器人前端收到径向的重力作用而导致整体产生扭矩，容易导致机器人损坏；定位杆则能分担重力作用，保持整体的位置处于管道的中心处，提高管道机器人的移动稳定性以及使用寿命，同时对不同内径的管道具有一定的适应能力。
作为优选，所述前壳体的后端设有前法兰，所述后壳体的前端设有后法兰，所述前法兰、后法兰上均设有三个滑孔，所述前法兰、后法兰之间通过三根平行的滑杆连接，滑杆与滑孔之间一一对应滑动连接；所述滑杆的两端均设有限位凸环。滑杆用于承担主电缸轴的扭矩，防止管道机器人移动过程中主电缸轴承受较大的扭矩而损坏主电缸，对主电缸起到保护作用。
作为优选，所述电缸定位套的侧面中心处设有连接杆，所述连接杆的外端与滑杆的中心固定连接。
作为优选，前端盖与后端盖之间设有套设在主电缸外侧的弹性波纹管。由于管道内环境恶劣，弹性波纹管对主电缸起到保护作用。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)结构简单、体积小，行走、转弯机动灵活；(2)能爬坡，能爬竖直的管道，能自由前进、后退，适应能力强；(3)能适用于不同直径的管道，通用性强。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图1的剖视图。
图4为前壳体定位、主电缸拉动后壳体前进的状态示意图。
图5为后壳体定位、主电缸推动前壳体前进的状态示意图。
图6为本发明在管道内移动一段距离后的位移状态示意图。
图7为前支撑脚组件缩入状态示意图。
图8为前支撑脚组件伸出状态示意图。
图9为图8中A处局部放大示意图。
图中：前壳体1、后壳体2、前端盖3、后端盖4、主电缸5、电缸定位套6、滑杆7、限位凸环8、连接杆9、弹性波纹管10、前支撑脚组件11、后支撑脚组件12、前驱动机构13、后驱动机构14、球面导流罩15、柔性杆16、反射传感器17、管道18、储物筒19、前法兰100、后法兰200、缸套110、侧活塞111、支撑杆112、限位槽孔1120、支撑座113、弹性伸缩杆114、防滑压块115、中心孔116、定位杆117、长槽通孔1170、滚轮118、限位销119、压簧120、连接套121、油孔122、前隔离套130、前电缸131、前活塞132、后隔离套140、后电缸141、后活塞142。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
如图1、图2和图3所示一种稳定型管道机器人行走机构，包括前壳体1、后壳体2，前壳体的内端后端设有前端盖3，后壳体的前端设有后端盖4，前端盖与后端盖之间通过主电缸5连接，主电缸有两个，两个主电缸的电缸轴相互平行、朝向相反，其中一个主电缸的电缸轴与前端盖连接，另一个主电缸的电缸轴与后端盖连接，两个主电缸的外部设有电缸定位套6；前壳体1的后端设有前法兰100，后壳体2的前端设有后法兰200，前法兰、后法兰上均设有三个滑孔，前法兰、后法兰之间通过三根平行的滑杆7连接，滑杆与滑孔之间一一对应滑动连接，滑杆的两端均设有限位凸环8，电缸定位套6的侧面中心处设有连接杆9，连接杆的外端与滑杆的中心固定连接，前端盖与后端盖之间设有套设在主电缸外侧的弹性波纹管10。
前壳体1的的侧面设有三个前支撑脚组件11，后壳体的侧面设有三个后支撑脚组件12，三个前支撑脚组件沿圆周方向均匀分布，相邻两个前支撑脚组件之间的夹角为120°，三个后支撑脚组件沿圆周方向均匀分布，相邻两个后支撑脚组件之间的夹角为120°，前壳体内设有用于驱动前支撑脚组件伸缩动作的前驱动机构13，后壳体内设有用于驱动后支撑脚组件伸缩动作的后驱动机构14；前壳体的前端设有球面导流罩15，球面导流罩的顶部中心设有柔性杆16，柔性杆的前端设有反射传感器17，后壳体的后端连接有透明的储物筒19。
如图3、图7和图8所示，前支撑脚组件11与后支撑脚组件12的结构相同，前支撑脚组件11包括缸套110、侧活塞111、支撑杆112，支撑杆的内端伸入缸套内与侧活塞固定连接，支撑杆与缸套滑动连接，支撑杆的外端设有支撑座113；如图9所示，支撑座上均匀设有三根弹性伸缩杆114，弹性伸缩杆的外端设有防滑压块115；
支撑杆112内设有中心孔116，中心孔的内端封闭，中心孔内设有定位杆117，定位杆与中心孔滑动连接，定位杆的外端伸出支撑杆外并在端部设有滚轮118；定位杆117的内端侧面设有沿轴向分布的长槽通孔1170，支撑杆112的侧面设有与长槽孔对应的限位槽孔1120，缸套的外端设有限位销119，限位销同时穿过限位槽孔、长槽通孔，支撑杆的内端与中心孔的底部之间设有压簧120。
前驱动机构13包括前隔离套130、前电缸131，前隔离套的后端与前端盖连接，前隔离套的前端与前壳体内的空腔连通，前电缸固定在前隔离套内，前电缸的轴端设有前活塞132；后驱动机构14包括后隔离套140、后电缸141，后隔离套的前端与后端盖连接，后隔离套的后端与后壳体内的空腔连通，后电缸固定在前隔离套内，后电缸的轴端设有后活塞142；前壳体1、后壳体2的侧面均设有三个连接套121，前支撑脚组件上的缸套与前壳体上的连接套一一对应连接，后支撑脚组件上的缸套与后壳体上的连接套一一对应连接，前壳体、后壳体内均充满油液，连接套的底部设有与缸套连通的油孔122。
结合附图，本发明的原理如下：将摄像头组件、超声波探伤探头组件等检测组件装入储物筒内，管道探伤机器人置于管道18内，通过电缆与外界的机站连接，电缆为管道机器人提供电源以及数据传递；管道探伤机器人放入管道时的状态如图1所示，定位杆外端的滚轮与管壁接触支撑，前电缸的轴端伸出，前活塞移动，前壳体内的油液被压入前壳体上的缸套内，使得三个前支撑脚组件伸出与管壁接触支撑，后电缸的轴处于缩入状态，三个后支撑脚组件缩入与管壁分离，两个主电缸轴的电缸轴同时缩入，从而拉动后壳体向前移动一段距离，移动后的状态如图4所示；然后前电缸轴端缩入、后电缸轴端伸出，两个主电缸的轴端伸出，从而推动前壳体移动一段距离，移动后的状态如图5所示，然后前电缸轴端伸出、后电缸轴端缩入、两个主电缸的轴端缩入，从而拉动后壳体向前移动一段距离，移动后的状态如图6所示，此时管道探伤机器人的状态与图4相同；循环上述动作，从而使得管道探伤机器人在管道内向前移动，即使管道倾斜或竖直向上时也能进行移动；当管道转弯时，柔性杆端部的反射传感器会检测到障碍物，此时其中一个主电缸的轴端保持缩入状态，后续移动时只有一个主电缸动作，从而缩短管道机器人的轴向长度，转弯时能防止干涉。本发明中的管道机器人行走机构对管道的适应能力很强，还能适应不同管径的管道，而且整体结构简单、体积小、稳定性好。
Claims (7)
1.一种稳定型管道机器人行走机构，其特征是，包括前壳体、后壳体，所述前壳体的内端后端设有前端盖，所述后壳体的前端设有后端盖，所述前端盖与后端盖之间通过主电缸连接，所述的主电缸有两个，两个主电缸的电缸轴相互平行、朝向相反，两个主电缸的外部设有电缸定位套，所述前壳体的的侧面设有三个前支撑脚组件，所述后壳体的侧面设有三个后支撑脚组件，所述的前壳体内设有用于驱动前支撑脚组件伸缩动作的前驱动机构，所述的后壳体内设有用于驱动后支撑脚组件伸缩动作的后驱动机构；所述前壳体的前端设有球面导流罩，所述球面导流罩的顶部中心设有柔性杆，所述柔性杆的前端设有反射传感器，所述后壳体的后端连接有透明的储物筒。
2.根据权利要求1所述的一种稳定型管道机器人行走机构，其特征是，所述前支撑脚组件与后支撑脚组件的结构相同，前支撑脚组件包括缸套、侧活塞、支撑杆，所述支撑杆的内端伸入缸套内与侧活塞固定连接，支撑杆与缸套滑动连接，所述支撑杆的外端设有支撑座；
所述的前驱动机构包括前隔离套、前电缸，所述前隔离套的后端与前端盖连接，所述前隔离套的前端与前壳体内的空腔连通，所述的前电缸固定在前隔离套内，所述前电缸的轴端设有前活塞；
所述的后驱动机构包括后隔离套、后电缸，所述后隔离套的前端与后端盖连接，所述后隔离套的后端与后壳体内的空腔连通，所述的后电缸固定在前隔离套内，所述后电缸的轴端设有后活塞；
所述前壳体、后壳体的侧面均设有三个连接套，所述前支撑脚组件上的缸套与前壳体上的连接套一一对应连接，所述后支撑脚组件上的缸套与后壳体上的连接套一一对应连接，所述前壳体、后壳体内均充满油液，连接套的底部设有与缸套连通的油孔。
3.根据权利要求2所述的一种稳定型管道机器人行走机构，其特征是，所述的支撑座上均匀设有三根弹性伸缩杆，所述弹性伸缩杆的外端设有防滑压块。
4.根据权利要求2或3所述的一种稳定型管道机器人行走机构，其特征是，所述支撑杆内设有中心孔，中心孔的内端封闭，中心孔内设有定位杆，所述的定位杆与中心孔滑动连接，定位杆的外端伸出支撑杆外并在端部设有滚轮；所述定位杆的内端侧面设有沿轴向分布的长槽通孔，所述支撑杆的侧面设有与长槽孔对应的限位槽孔，所述缸套的外端设有限位销，所述的限位销同时穿过限位槽孔、长槽通孔，所述支撑杆的内端与中心孔的底部之间设有压簧。
5.根据权利要求1所述的一种稳定型管道机器人行走机构，其特征是，所述前壳体的后端设有前法兰，所述后壳体的前端设有后法兰，所述前法兰、后法兰上均设有三个滑孔，所述前法兰、后法兰之间通过三根平行的滑杆连接，滑杆与滑孔之间一一对应滑动连接；所述滑杆的两端均设有限位凸环。
6.根据权利要求1所述的一种稳定型管道机器人行走机构，其特征是，所述电缸定位套的侧面中心处设有连接杆，所述连接杆的外端与滑杆的中心固定连接。
7.根据权利要求1或6所述的一种稳定型管道机器人行走机构，其特征是，前端盖与后端盖之间设有套设在主电缸外侧的弹性波纹管。
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