CN109357103A - 介质流驱动能源自给式管道机器人 - Google Patents

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王明旭
高兴华
张佳乐
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Abstract

介质流驱动能源自给式管道机器人属于管道检测技术领域，目的在于提出一种介质流驱动能源自给式管道机器人，解决现有技术存在的速度不可调以及不能适应不同口径的管道的问题。本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人包括：驱动及调速单元，对机器人整体进行驱动及速度调节；和所述驱动及调速单元后端铰接的自动控制单元；连接在所述自动控制单元前端及后端的两组变径支撑单元，通过所述变径支撑单元和管道内壁接触。以及连接在所述驱动及调速单元前端的在线取能单元。本发明通过驱动及调速单元实现运行过程中速度的调整，并通过与管道内壁接触的变径支撑单元适应不同大小的管道。

Description

介质流驱动能源自给式管道机器人
技术领域
本发明属于管道检测技术领域，具体涉及一种介质流驱动能源自给式管道机器人。
背景技术
输油管道埋于地下，在长期输送过程中，管道容易出现破损问题，现有技术中通过管道机器人对管道进行检测，确定破损位置；现有的管道机器人在管道内运动的动力源主要包括分为两种方式，一种是外接电源拖缆作业，另一种是自身携带电池作业；针对外接电源拖缆作业方式，由于管道比较长，拖缆作业负载较大，不适合长距离作业；针对自身携带电池作业方式，携带的电能有限，也限制了管道机器人的长距离作业。
现有技术中为解决上述问题，借用管道内流体来驱动的管道机器人，解决了动力源供给问题，但现有技术中的管道机器人的行走速度不可调节，不能方便检测，另外，只能适用于一种尺寸的管道，不能适应不同口径的管道，限制了管道机器人的使用，同时，降低了管道机器人的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提出一种介质流驱动能源自给式管道机器人，解决现有技术存在的速度不可调以及不能适应不同口径的管道的问题。
为实现上述目的，本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人包括：
驱动及调速单元，对机器人整体进行驱动及调速；
和所述驱动及调速单元后端铰接的自动控制单元；
连接在所述自动控制单元前端及后端的两组变径支撑单元，通过所述变径支撑单元和管道内壁接触；
以及速度测量单元，自动控制单元根据速度测量单元测得的管道机器人行走速度控制驱动及调速单元。
所述管道机器人还包括连接在所述驱动及调速单元前端的在线取能单元，所述在线取能单元前端设置有变径支撑单元；所述在线取能单元包括：
通过连杆和所述驱动及调速单元前端连接的取能支撑板，所述取能支撑板和管道内流体流动方向垂直；
和所述取能支撑板固定连接的发电机；
以及和所述发电机的输入轴通过增速齿轮箱连接的叶轮。
所述驱动及调速单元包括：
驱动皮碗，所述驱动皮碗和管道内壁接触；
设置在所述驱动皮碗中部连接驱动皮碗两端的调速装置，所述调速装置为盘式节流调速机构；
以及带动所述调速装置运动的调速电机；
所述驱动及调速单元的调速定盘和一组变径支撑单元固定连接。
所述调速装置包括：
和所述驱动皮碗固定连接的调速定盘，所述调速定盘上圆周均布多个定盘节流孔，所述调速电机固定在所述调速定盘上；
以及和所述调速电机输出轴固定连接的调速动盘，所述调速动盘上和所述定盘节流孔相对位置设置多个动盘节流孔，通过所述调速电机带动所述调速动盘转动调整定盘节流孔和动盘节流孔重合大小。
所述变径支撑单元包括垂直流体流动方向的变径支撑板以及圆周均布在变径支撑板上沿外缘处的多组支撑部，每组支撑部包括：
固定在变径支撑板上沿外缘的支撑架；
和支撑架滑动配合的支撑轮架；
沿径向设置在支撑架和支撑轮架之间的支撑弹簧；
以及通过销轴连接在支撑轮架上的支撑轮。
所述变径支撑板包括三组支撑部。
所述自动控制单元包括机器人控制器以及和所述机器人控制器连接的充电电池和无线传输模块，所述充电电池和无线传输模块连接，所述充电电池和在线取能单元的发电机连接充电。
所述驱动及调速单元和所述自动控制单元通过双虎克铰连接单元连接。
所述双虎克铰连接单元包括连接中杆以及通过十字轴连接在连接中杆两端的两个铰链座，两个铰链座的另一端分别与所述驱动及调速单元和所述自动控制单元固定连接。
所述管道机器人还包括设置在在线取能单元前端的摄像头，通过所述摄像头采集管道中的工作环境信息，并将采集的信息通过无线传输模块传送给地面监控系统；
所述速度测量单元为设置在任意一组的变径支撑单元的支撑轮轮轴上的编码器，通过编码器采集对应支撑轮的角位移并将角位移转换为电信号，再将电信号转换为计数脉冲，用脉冲的个数表示水平位移的大小，自动控制单元根据位移计算出机器人的行走速度，根据行走速度控制驱动及调速单元。
本发明的有益效果为：本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人主要包括在线取能单元、驱动及调速单元、双虎克铰连接单元、自动控制单元和变径支撑单元。介质流驱动能源自给式管道机器人整体由双虎克铰连接单元连接机器人前端的在线取能单元和驱动及调速单元，连接后端的自动控制单元。当管道内流体流动时，流体经驱动皮碗的聚流作用增大流经叶轮的流体的流速，此时带动叶轮高速旋转，使发电机对充电电池充电，为自动控制单元提供源源不断的电能；同时流体的压力作用在驱动皮碗上，形成一定大小的驱动力，推动机器人前进。并且可以通过控制调速动盘与调速定盘上节流孔的重合度来改变机器人的运动速度。通过计程轮对机器人的运行速度实时检测，当计程轮测得机器人移动速度低于设定的速度值时，调速电机便驱动调速动盘转动，节流孔的开度减小，驱动皮碗两侧流体压差增大，机器人增速；当机器人移动速度高于设定速度值时，调速电机便驱动调速动盘向相反方向转动，节流孔的开度增大，皮碗两侧流体压差减小，机器人减速。通过在线取能单元实时发电并存储至自动控制单元的充电电池内。
附图说明
图1为本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人总体示意图；
图2为本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人中在线取能单元示意图；
图3为本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人中驱动及调速单元示意图；
图4为本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人中变径支撑单元单元示意图；
图5为本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人中双虎克铰连接单元示意图；
其中：1、在线取能单元，101、连杆，102、取能支撑板，103、发电机，104、增速齿轮箱，105、叶轮，2、驱动及调速单元，201、驱动皮碗，202、调速定盘，203、定盘节流孔，204、调速动盘，205、动盘节流孔，206、调速电机，3、双虎克铰连接单元，301、连接中杆，302、十字轴，303、铰链座，4、自动控制单元，401、充电电池，402、机器人控制器，403、无线传输模块，5、变径支撑单元，501、变径支撑板，502、支撑架，503、支撑轮架，504、支撑弹簧，505、支撑轮，6、管道，7、摄像头，8、编码器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1，本发明的介质流驱动能源自给式管道机器人包括：
驱动及调速单元2，对机器人整体进行驱动及调速；
和所述驱动及调速单元2后端铰接的自动控制单元4；
连接在所述自动控制单元4前端及后端的两组变径支撑单元5，通过所述变径支撑单元5和管道6内壁接触；
以及速度测量单元，自动控制单元4根据速度测量单元测得的管道机器人行走速度控制驱动及调速单元2。
参见附图2，所述管道机器人还包括连接在所述驱动及调速单元2前端的在线取能单元1，所述在线取能单元1前端设置有变径支撑单元5；所述在线取能单元1包括：
通过连杆101和所述驱动及调速单元2前端连接的取能支撑板102，所述取能支撑板102和管道6内流体流动方向垂直；
和所述取能支撑板102固定连接的发电机103；
以及和所述发电机103的输入轴通过增速齿轮箱104连接的叶轮105。
参见附图3，所述驱动及调速单元2包括：
驱动皮碗201，所述驱动皮碗201和管道6内壁接触；
设置在所述驱动皮碗201中部连接驱动皮碗201两端的调速装置，所述调速装置为盘式节流调速机构；
以及带动所述调速装置运动的调速电机206；
所述驱动及调速单眼的调速定盘202和一组变径支撑单元5固定连接。
所述调速装置包括：
和所述驱动皮碗201固定连接的调速定盘202，所述调速定盘202上圆周均布多个定盘节流孔203，所述调速电机206固定在所述调速定盘202上；
以及和所述调速电机206输出轴固定连接的调速动盘204，所述调速动盘204上和所述定盘节流孔203相对位置设置多个动盘节流孔205，通过所述调速电机206带动所述调速动盘204转动调整定盘节流孔203和动盘节流孔205重合大小。
参见附图4，所述变径支撑单元5包括垂直流体流动方向的变径支撑板501以及圆周均布在变径支撑板501上沿外缘处的多组支撑部，每组支撑部包括：
固定在变径支撑板501上沿外缘的支撑架502；
和支撑架502滑动配合的支撑轮架503；
沿径向设置在支撑架502和支撑轮架503之间的支撑弹簧504；
以及通过销轴连接在支撑轮架503上的支撑轮505。
所述变径支撑板501包括三组支撑部。
变径支撑轮505不仅对机器人提供前进的摩擦力，还通过支撑弹簧504实现机器人的微小变径，为更顺利的通过弯管提供保障；同时对机器人起支撑作用，保障机器人在管道6内的运作过程。
所述自动控制单元4包括机器人控制器402以及和所述无线传输模块403连接的充电电池401和机器人控制器402，所述充电电池401和无线传输模块403连接，所述充电电池401和在线取能单元1的发电机103连接充电。
所述驱动及调速单元2和所述自动控制单元4通过双虎克铰连接单元3连接。
参见附图5，所述双虎克铰连接单元3包括连接中杆301以及通过十字轴302连接在连接中杆301两端的两个铰链座303，两个铰链座303的另一端分别与所述驱动及调速单元2和所述自动控制单元4固定连接。
所述管道机器人还包括设置在在线取能单元1前端的摄像头7，通过所述摄像头7采集管道6中的工作环境信息，并将采集的信息通过无线传输模块403传送给地面监控系统。摄像头7固定在支撑板前端，通过所述摄像头7采集管道6中的工作环境信息，并将采集的信息通过无线传输模块402传送给地面监控系统，用于实时监测管道机器人的工作状况。所述速度测量单元为设置在任意一组的变径支撑单元5的支撑轮505轮轴上的编码器8，通过编码器8采集对应支撑轮505的角位移并将角位移转换为电信号，再将电信号转换为计数脉冲，用脉冲的个数表示水平位移的大小，自动控制单元4根据位移计算出机器人的行走速度，根据行走速度控制驱动及调速单元2。
本发明的在线取能单元1，当管道6内的介质流以一定速度和一定压力流动时，带动叶轮105转动，叶轮105的转动带动发电机103转动发电，对充电电池401充电，存储电能。在现实生活中，管道6存在着很多的弯管，为了提高管道6机器人在弯管处的通过能力，各单元之间采用双虎克铰连接单元3连接；各个单元转动更容易。所述的变径支撑单元5的变径支撑轮505不仅对机器人提供前进的摩擦力，还通过支撑弹簧504实现机器人的微小变径，为更顺利的通过弯管提供保障，保障机器人在管道6内的运作过程。

Claims (10)

1.介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，包括：
驱动及调速单元(2)，对机器人整体进行驱动及调速；
和所述驱动及调速单元(2)后端铰接的自动控制单元(4)；
连接在所述自动控制单元(4)前端及后端的两组变径支撑单元(5)，通过所述变径支撑单元(5)和管道(6)内壁接触；
以及速度测量单元，自动控制单元(4)根据速度测量单元测得的管道机器人行走速度控制驱动及调速单元(2)。
2.根据权利要求1所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述管道机器人还包括连接在所述驱动及调速单元(2)前端的在线取能单元(1)，所述在线取能单元(1)前端设置有变径支撑单元(5)；所述在线取能单元(1)包括：
通过连杆(101)和所述驱动及调速单元(2)前端连接的取能支撑板(102)，所述取能支撑板(102)和管道(6)内流体流动方向垂直；
和所述取能支撑板(102)固定连接的发电机(103)；
以及和所述发电机(103)的输入轴通过增速齿轮箱(104)连接的叶轮(105)。
3.根据权利要求1所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述驱动及调速单元(2)包括：
驱动皮碗(201)，所述驱动皮碗(201)和管道(6)内壁接触；
设置在所述驱动皮碗(201)中部连接驱动皮碗(201)两端的调速装置，所述调速装置为盘式节流调速机构；
以及带动所述调速装置运动的调速电机(206)；
所述驱动及调速单元的调速定盘(202)和一组变径支撑单元(5)固定连接。
4.根据权利要求3所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述调速装置包括：
和所述驱动皮碗(201)固定连接的调速定盘(202)，所述调速定盘(202)上圆周均布多个定盘节流孔(203)，所述调速电机(206)固定在所述调速定盘(202)上；
以及和所述调速电机(206)输出轴固定连接的调速动盘(204)，所述调速动盘(204)上和所述定盘节流孔(203)相对位置设置多个动盘节流孔(205)，通过所述调速电机(206)带动所述调速动盘(204)转动调整定盘节流孔(203)和动盘节流孔(205)重合大小。
5.根据权利要求1所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述变径支撑单元(5)包括垂直流体流动方向的变径支撑板(501)以及圆周均布在变径支撑板(501)上沿外缘处的多组支撑部，每组支撑部包括：
固定在变径支撑板(501)上沿外缘的支撑架(502)；
和支撑架(502)滑动配合的支撑轮架(503)；
沿径向设置在支撑架(502)和支撑轮架(503)之间的支撑弹簧(504)；
以及通过销轴连接在支撑轮架(503)上的支撑轮(505)。
6.根据权利要求5所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述变径支撑板(501)包括三组支撑部。
7.根据权利要求1所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述自动控制单元(4)包括机器人控制器(402)以及和所述机器人控制器(402)连接的充电电池(401)和无线传输模块(403)，所述充电电池(401)和无线传输模块(403)连接，所述充电电池(401)和在线取能单元(1)的发电机(103)连接充电。
8.根据权利要求1所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述驱动及调速单元(2)和所述自动控制单元(4)通过双虎克铰连接单元(3)连接。
9.根据权利要求1所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述双虎克铰连接单元(3)包括连接中杆(301)以及通过十字轴(302)连接在连接中杆(301)两端的两个铰链座(303)，两个铰链座(303)的另一端分别与所述驱动及调速单元(2)和所述自动控制单元(4)固定连接。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的介质流驱动能源自给式管道机器人，其特征在于，所述管道机器人还包括设置在在线取能单元(1)前端的摄像头(7)，通过所述摄像头(7)采集管道(6)中的工作环境信息，并将采集的信息通过无线传输模块(402)传送给地面监控系统；
所述速度测量单元为设置在任意一组的变径支撑单元(5)的支撑轮(505)轮轴上的编码器(8)，通过编码器(8)采集对应支撑轮(505)的角位移并将角位移转换为电信号，再将电信号转换为计数脉冲，用脉冲的个数表示水平位移的大小，自动控制单元(4)根据位移计算出机器人的行走速度，根据行走速度控制驱动及调速单元(2)。
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