CN110285924A - 一种天然气小口径管道检测用软体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气小口径管道检测用软体机器人，天然气小口径管道检测技术领域，包括：后部驱动单元、中部转向单元、前部转向头单元、气源和控制器；后部驱动单元、中部转向单元和前部转向头单元依次连接，气源分别与后部驱动单元、中部转向单元和前部转向头单元连接，后部驱动单元充气后发生径向变形和轴向变形，中部转向单元充气后能够发生转弯变形，前部转向头单元充气后能够发生径向变形，且前部转向头单元用于检测天然气小口径管道是否泄漏，控制器与气源电连接，从而克服了现有的刚性管道机器人体积较大无法检测小管径管道，且易磨损管道的缺陷，能够对小管径管道进行检测，并且能够避免与管道壁之间摩擦导致管道磨损的情况。

Description

一种天然气小口径管道检测用软体机器人

技术领域

本发明涉及天然气小口径管道检测技术领域，特别是涉及一种天然气小口径管道检测用软体机器人。

背景技术

伴随着社会大众对天然气小口径管道安全及环保的日益重视，天然气小口径管道的安全巡检，尤其是泄漏检测显得越来越重要。在实际检测中公称通径DN25以下的小口径管道数量众多，连接方式繁复，且由于空间过于狭小，检查设备难以到达管道内部，这给天然气小口径管道安全带来隐患。

目前多数管道机器人的能源供给方式为蓄电池或直流电机，显然这对于细小管道而言，管道机器人的蓄电池或直流电机的体积较为庞大，难以进入细小管道内进行检测。另外，目前的刚性管道机器人与天然气小口径管道壁之间容易存在摩擦，易磨损管道，导致管道内燃气泄漏进而引发爆炸。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然气小口径管道检测用软体机器人，以解决上述现有技术存在的问题，具有体积小、结构简单和能够自主运动优点，能够对天然气小管径管道进行检测，并且能够避免与管道壁之间摩擦导致管道磨损的情况。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种天然气小口径管道检测用软体机器人，包括后部驱动单元、中部转向单元、前部转向头单元、气源和控制器；所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元依次连接，所述气源分别与所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元连接，用于向所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元内充气，所述后部驱动单元充气后能够发生径向变形和轴向变形，所述中部转向单元充气后能够发生转弯变形，所述前部转向头单元充气后能够发生径向变形，且所述前部转向头单元用于检测天然气小口径管道是否泄漏，所述控制器与所述气源电连接，用于控制所述气源的开启与否。

优选的，所述后部驱动单元包括底部径向制动器、中部轴向制动器、顶部径向制动器、多根后部通气管、底部左支撑座、底部右支撑座、顶部左支撑座和顶部右支撑座，所述底部径向制动器、所述中部轴向制动器和所述顶部径向制动器均为密封腔体，所述底部径向制动器的左、右两端分别与所述底部左支撑座的右端和所述底部右支撑座的左端固定连接，所述底部右支撑座的右端与所述中部轴向制动器的左端固定连接，所述中部轴向制动器的右端与所述顶部左支撑座的左端固定连接，所述顶部左支撑座的右端与所述顶部径向制动器的左端固定连接，所述顶部径向制动器的右端与所述顶部右支撑座的左端固定连接，所述顶部右支撑座的右端与所述中部转向单元的左端固定连接，所述底部径向制动器和所述顶部径向制动器充气后能发生径向变形，所述中部轴向制动器充气后能够发生轴向变形，所述底部径向制动器、所述中部轴向制动器和所述顶部径向制动器均与一根所述后部通气管的一端连接，每根所述后部通气管的另一端均与所述气源连接，每根所述后部通气管均与其穿过的所述底部左支撑座和/或所述底部右支撑座和/或顶部左支撑座和/或顶部右支撑座密封连接。

优选的，所述天然气小口径管道检测用软体机器人还包括增强硅胶线，所述增强硅胶线沿所述轴向制动器的长度方向均匀固定缠绕在所述轴向制动器外周，用于防止所述中部轴向制动器充气后发生径向变形。

优选的，与所述底部径向制动器和所述中部轴向制动器连接的所述后部通气管为直线型通气管，与所述顶部径向制动器连接的所述后部通气管的两端为直线型通气管段，所述后部通气管的中间部分为螺旋型通气管段。

优选的，所述中部转向单元包括中部左支撑座、中部右支撑座、中心弹簧、软体执行器和中部通气管，所述软体执行器为密封腔体，所述中部左支撑座的左端与所述顶部支撑座的右端固定连接，所述中部左支撑座的右端与所述中心弹簧的左端和所述软体执行器的左端固定连接，所述中部右支撑座的左端与所述中心弹簧的右端和所述软体执行器的右端固定连接，且所述软体执行器设置于所述中心弹簧的外周，所述中部通气管的一端与所述气源连接，所述中部通气管的另一端与所述软体执行器连接，所述软体执行器充气后能发生转弯变形，所述中部通气管穿过所述底部左支撑座、所述底部右支撑座、所述顶部左支撑座、所述顶部右支撑座、所述中部左支撑座和所述中部右支撑座，并与之密封连接。

优选的，所述软体执行器的数量为三个，三个所述软体执行器关于所述中心弹簧的轴线呈中心对称设置。

优选的，所述天然气小口径管道检测用软体机器人还包括波纹管，所述波纹管固定套设于所述软体执行器的外周，且所述波纹管的外径与所述中部支撑座的两端的直径相等。

优选的，所述前部转向头单元包括前部径向制动器、前部通气管和所述顶部搭载单元，所述前部径向制动器的左端与所述中部右支撑座的右端固定连接，所述前部径向制动器的右端与所述顶部搭载单元固定连接，所述顶部搭载单元用于放置检测器，所述检测器用于检测管道内特定位置处是否存在裂缝，所述前部通气管的一端与所述气源连接，所述前部通气管的另一端与所述前部径向制动器连接，所述前部通气管穿过底部左支撑座、所述底部右支撑座、所述顶部左支撑座、所述顶部右支撑座、所述中部左支撑座和所述中部右支撑座，并与之密封连接，所述气源用于向所述前部径向制动器内充入气体，所述前部径向制动器充入气体后发生径向变形，以将所述前部转向头单元固定于天然气小口径管道内。

优选的，所述气源包括气泵、供气管和电磁阀；所述气泵用于为所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元提供气体，所述气泵的出口与所述供气管的一端连接，所述供气管的另一端与所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元连接，所述电磁阀固定设置于所述供气管上，所述控制器与所述电磁阀电连接。

优选的，所述软体执行器的材料为McKibben型气动人工肌肉。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供了一种天然气小口径管道检测用软体机器人，气源分别与后部驱动单元、中部转向单元和前部转向头单元连接，后部驱动单元充气后能够发生径向变形和轴向变形，中部转向单元充气后能够发生转弯变形，前部转向头单元充气后能够发生径向变形，这样设置，能够避免与管道内壁发生摩擦导致管道内壁磨损泄漏的情况，前部转向头单元还用于检测天然气小口径管道是否泄漏，控制器与气源电连接，用于控制气源的开启与否，从而控制后部驱动单元、中部转向单元和前部转向头单元内的气量，使其能够在天然气小口径管道内自由移动并对特定位置进行是否泄漏检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的天然气小口径管道检测用软体机器人的后部驱动单元、中部转向单元和前部转向头单元结构示意图；

图2为本发明提供的天然气小口径管道检测用软体机器人的后部驱动单元结构示意图；

图3为本发明提供的天然气小口径管道检测用软体机器人的螺旋型通气管段结构示意图；

图4为本发明提供的天然气小口径管道检测用软体机器人的中部转向单元与前部转向头单元结构示意图；

图5为本发明提供的天然气小口径管道检测用软体机器人的中部转向单元的内部结构示意图。

其中：1-后部驱动单元；2-中部转向单元；3-前部转向头单元；4-底部左支撑座；5-顶部径向制动器；6-增强硅胶线；7-中部轴向制动器；8-底部径向制动器；9-螺旋型通气管段；10-中部左支撑座；11-中心弹簧；12-软体执行器；13-波纹管；14-前部径向制动器；15-前部通气管；16-顶部搭载单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种天然气小口径管道检测用软体机器人，以解决现有技术存在的问题，具有体积小、结构简单和能够自主运动优点，能够对天然气小管径管道进行检测，并且能够避免与管道壁之间摩擦导致管道磨损的情况。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～5所示：本实施例提供了一种天然气小口径管道检测用软体机器人，包括后部驱动单元1、中部转向单元2、前部转向头单元3、气源和控制器；后部驱动单元1、中部转向单元2和前部转向头单元3依次连接，气源分别与后部驱动单元1、中部转向单元2和前部转向头单元3连接，用于向后部驱动单元1、中部转向单元2和前部转向头单元3内充气，控制器与气源电连接，用于控制气源的开启与否，根据被检测管道内径的大小，控制器控制气源向后部驱动单元1充气，使其发生径向变形和轴向变形，以带动后部驱动单元1、中部转向单元2、前部转向头单元3向前运动，中部转向单元2充气后能够发生转弯变形，以保证根据被测管道实际情况在管道内部进行转弯，前部转向头单元3充气后能够发生径向变形，以将前部转向头单元3固定于管道内壁，再通过前部转向头单元3检测该位置处天然气小口径管道是否泄漏，从而克服了现有的管道机器人无法进入小口径管道内部进行检测和刚性管道机器人与管道内壁摩擦导致管道内壁磨损导致管道泄漏的缺陷。

后部驱动单元1包括底部径向制动器8、中部轴向制动器7、顶部径向制动器5、多根后部通气管、底部左支撑座4、底部右支撑座、顶部左支撑座和顶部右支撑座，底部径向制动器8、中部轴向制动器7和顶部径向制动器5均为密封腔体，底部径向制动器8的左、右两端分别与底部左支撑座4的右端和底部右支撑座的左端固定连接，底部右支撑座的右端与中部轴向制动器7的左端固定连接，中部轴向制动器7的右端与顶部左支撑座的左端固定连接，顶部左支撑座的右端与顶部径向制动器5的左端固定连接，顶部径向制动器5的右端与顶部右支撑座的左端固定连接，顶部右支撑座的右端与中部转向单元2的左端固定连接，底部径向制动器8和顶部径向制动器5充气后能发生径向变形，中部轴向制动器7充气后能够发生轴向变形，底部径向制动器8、中部轴向制动器7和顶部径向制动器5均与一根后部通气管的一端连接，每根后部通气管的另一端均与气源连接，底部左支撑座4与穿设其内部的后部通气管密封连接，底部右支撑座与穿设其内部的后部通气管密封连接，顶部左支撑座与穿设其内部的后部通气管密封连接。

天然气小口径管道检测用软体机器人还包括增强硅胶线6，增强硅胶线6沿轴向制动器的长度方向均匀固定缠绕在轴向制动器外周，用于防止中部轴向制动器7充气后发生径向变形。

与底部径向制动器8和中部轴向制动器7连接的后部通气管为直线型通气管，与顶部径向制动器5连接的后部通气管的两端为直线型通气管段，后部通气管的中间部分为螺旋型通气管段9。

中部转向单元2包括中部左支撑座10、中部右支撑座、中心弹簧11、软体执行器12和中部通气管，软体执行器12为密封腔体，中部左支撑座10的左端与顶部支撑座的右端固定连接，中心弹簧11的左端和软体执行器12的左端与中部左支撑座10的右端固定连接，中心弹簧11的右端和软体执行器12的右端与中部右支撑座的左端固定连接，且软体执行器12设置于中心弹簧11的外周，中部通气管的一端与气源连接，中部通气管的另一端与软体执行器12连接，软体执行器12充气后能发生转弯变形，中部通气管穿过底部左支撑座4、底部右支撑座、顶部左支撑座、顶部右支撑座、中部左支撑座10和中部右支撑座，并与底部左支撑座4、底部右支撑座、顶部左支撑座、顶部右支撑座、中部左支撑座10和中部右支撑座密封连接。

软体执行器12的数量为三个，三个软体执行器12关于中心弹簧11的轴线呈中心对称设置，控制器通过控制气源对三个软体执行器12内充入不等量的气体，使其发生转弯变形。

天然气小口径管道检测用软体机器人还包括波纹管13，波纹管13固定套设于软体执行器12的外周，且波纹管13的外径、中部左支撑座的直径和中部右支撑座的直径相等。

前部转向头单元3包括前部径向制动器14、前部通气管15和顶部搭载单元16，前部径向制动器14的左端与中部右支撑座的右端固定连接，前部径向制动器14的右端与顶部搭载单元16固定连接，顶部搭载单元16用于放置检测器，前部通气管15的一端与气源连接，前部通气管15的另一端与前部径向制动器14连接，前部通气管15穿过底部左支撑座4、底部右支撑座、顶部左支撑座、顶部右支撑座、中部左支撑座10和中部右支撑座，并与底部左支撑座4、底部右支撑座、顶部左支撑座、顶部右支撑座、中部左支撑座10和中部右支撑座密封连接，气源用于向前部径向制动器14内充入气体，前部径向制动器14充入气体后发生径向变形，以将前部转向头单元3固定于天然气小口径管道内。

气源包括气泵、供气管和电磁阀；气泵用于为后部驱动单元1、中部转向单元2和前部转向头单元3提供气体，供气管的数量为多个，多个供气管的一端均与气泵的出口连接，多个供气管的另一端分别与底部径向制动器8、中部轴向制动器7、顶部径向制动器5、三个软体执行器12和前部径向制动器14连接，每个供气管上固定设置有一个电磁阀，多个电磁阀均与控制器与电连接，控制器通过控制每个供气管上的设置的电磁阀的开启与否以及开度，从而控制底部径向制动器8、中部轴向制动器7、顶部径向制动器5、三个软体执行器12和前部径向制动器14发生的变形的大小。

软体执行器12的材料为McKibben型气动人工肌肉。

底部径向制动器8、中部轴向制动器7、顶部径向制动器5、前部径向制动器14、底部左支撑座4、底部右支撑座、顶部左支撑座、顶部右支撑座、中部左支撑座10、中部右支撑座和顶部搭载单元均为通过3D打印得到的硅胶单元。

工作过程：

第一步，控制器控制气源向后部驱动单元1的底部径向制动器8内通气，通气后底部径向制动器8发生径向膨胀，以将底部径向制动器8固定于天然气小口径管道内壁；

第二步，控制器控制气源向后部驱动单元1的中部轴向制动器7内充气，使其发生轴向膨胀，以向前带动顶部径向制动器5、中部转向单元2和前部转向头单元伸长；

第三步，控制器控制气源向后部驱动单元1的顶部径向制动器5内充气，使其发生径向膨胀，以将顶部径向制动器5固定于天然气小口径管道内壁；

第四步，控制器控制气源和电磁阀从中部轴向制动器7和底部径向制动器8中抽取气体，使中部轴向制动器7和底部径向制动器8同时收缩，底部径向制动器8从管内壁脱落，并能够随中部轴向制动器7在沿轴向伸缩的过程中向前移动，气源再对底部径向制动器8充气，使其发生径向膨胀以将其自身固定在管道内壁，同时气源抽取顶部径向制动器5中的气体使其收缩并从管壁脱落，气源再向中部轴向制动器7中充气使其发生径向膨胀，从而带动整个装置向前行进。

这样的四个步骤形成了一个步幅，重复以上的动作，即可实现整个装置在管道内的不断前进，前进至特定位置后，控制器控制气源向底部径向制动器8和顶部径向制动器7内充气，使其发生径向膨胀以将整个装置固定在管道内壁，再利用前部转向单元3的顶部搭载单元16对管道内壁进行检测，顶部搭载单元16内部设置有微型摄像机，通过微型摄像机对管道内部特定位置进行拍摄，再通过观察照片能够看出管道上是否存在泄漏点。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：包括后部驱动单元、中部转向单元、前部转向头单元、气源和控制器；所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元依次连接，所述气源分别与所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元连接，用于向所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元内充气，所述后部驱动单元充气后能够发生径向变形和轴向变形，所述中部转向单元充气后能够发生转弯变形，所述前部转向头单元充气后能够发生径向变形，且所述前部转向头单元用于检测天然气小口径管道是否泄漏，所述控制器与所述气源电连接，用于控制所述气源的开启与否。

2.根据权利要求1所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：所述后部驱动单元包括底部径向制动器、中部轴向制动器、顶部径向制动器、多根后部通气管、底部左支撑座、底部右支撑座、顶部左支撑座和顶部右支撑座，所述底部径向制动器、所述中部轴向制动器和所述顶部径向制动器均为密封腔体，所述底部径向制动器的左、右两端分别与所述底部左支撑座的右端和所述底部右支撑座的左端固定连接，所述底部右支撑座的右端与所述中部轴向制动器的左端固定连接，所述中部轴向制动器的右端与所述顶部左支撑座的左端固定连接，所述顶部左支撑座的右端与所述顶部径向制动器的左端固定连接，所述顶部径向制动器的右端与所述顶部右支撑座的左端固定连接，所述顶部右支撑座的右端与所述中部转向单元的左端固定连接，所述底部径向制动器和所述顶部径向制动器充气后能发生径向变形，所述中部轴向制动器充气后能够发生轴向变形，所述底部径向制动器、所述中部轴向制动器和所述顶部径向制动器均与一根所述后部通气管的一端连接，每根所述后部通气管的另一端均与所述气源连接，所述底部左支撑座与其内部穿设的所述后部通气管密封连接，所述底部右支撑座与其内穿设的所述后部通气管密封连接，所述顶部左支撑座与其内穿设的所述后部通气管密封连接。

3.根据权利要求2所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：还包括增强硅胶线，所述增强硅胶线沿所述轴向制动器的长度方向均匀固定缠绕在所述轴向制动器外周，用于防止所述中部轴向制动器充气后发生径向变形。

4.根据权利要求2所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：与所述底部径向制动器和所述中部轴向制动器连接的所述后部通气管为直线型通气管，与所述顶部径向制动器连接的所述后部通气管的两端为直线型通气管段，所述后部通气管的中间部分为螺旋型通气管段。

5.根据权利要求2所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：所述中部转向单元包括中部左支撑座、中部右支撑座、中心弹簧、软体执行器和中部通气管，所述软体执行器为密封腔体，所述中部左支撑座的左端与所述顶部支撑座的右端固定连接，所述中部左支撑座的右端与所述中心弹簧的左端和所述软体执行器的左端固定连接，所述中部右支撑座的左端与所述中心弹簧的右端和所述软体执行器的右端固定连接，且所述软体执行器设置于所述中心弹簧的外周，所述中部通气管的一端与所述气源连接，所述中部通气管的另一端与所述软体执行器连接，所述软体执行器充气后能发生转弯变形，所述中部通气管穿过所述底部左支撑座、所述底部右支撑座、所述顶部左支撑座、所述顶部右支撑座、所述中部左支撑座和所述中部右支撑座，并与之密封连接。

6.根据权利要求5所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：所述软体执行器的数量为三个，三个所述软体执行器关于所述中心弹簧的轴线呈中心对称设置。

7.根据权利要求5所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：还包括波纹管，所述波纹管固定套设于所述软体执行器的外周，且所述波纹管的外径、所述中部左支撑座的直径和所述中部右支撑座的直径均相等。

8.根据权利要求5所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：所述前部转向头单元包括前部径向制动器、前部通气管和所述顶部搭载单元，所述前部径向制动器的左端与所述中部右支撑座的右端固定连接，所述前部径向制动器的右端与所述顶部搭载单元固定连接，所述顶部搭载单元用于放置检测器，所述检测器用于检测管道内特定位置处是否存在裂缝，所述前部通气管的一端与所述气源连接，所述前部通气管的另一端与所述前部径向制动器连接，所述前部通气管穿过底部左支撑座、所述底部右支撑座、所述顶部左支撑座、所述顶部右支撑座、所述中部左支撑座和所述中部右支撑座，并与之密封连接，所述气源用于向所述前部径向制动器内充入气体，所述前部径向制动器充入气体后发生径向变形，以将所述前部转向头单元固定于天然气小口径管道内。

9.根据权利要求1所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：所述气源包括气泵、供气管和电磁阀；所述气泵用于为所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元提供气体，所述气泵的出口与所述供气管的一端连接，所述供气管的另一端与所述后部驱动单元、所述中部转向单元和所述前部转向头单元连接，所述电磁阀固定设置于所述供气管上，所述控制器与所述电磁阀电连接。

10.根据权利要求5所述的天然气小口径管道检测用软体机器人，其特征在于：所述软体执行器的材料为McKibben型气动人工肌肉。