CN110560304A - 一种用于管道内多功能喷涂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种用于管道内多功能喷涂装置，这种用于管道内多功能喷涂装置包括控制模块、喷涂模块、检测模块、打磨清理模块、三个驱动行走模块、柔性调节模块，控制模块设置于中央箱体内部；检测模块、打磨清理模块和喷涂模块设置在中央箱体前端，柔性调节模块设置在中央箱体后端，柔性调节模块通过可控连杆机构与驱动行走模块相连；三个驱动行走模块沿中央箱体圆周呈120°均匀设置，每个驱动行走模块均为履带式驱动行走模块，驱动行走模块与可控连杆机构铰接，可控连杆机构另一面还与中央箱体、轴套相铰接。本发明兼顾了牵引力调节和管径适应，可调节范围变宽，很好地解决了机器人的牵引力调节问题和管径适应问题。

Description

一种用于管道内多功能喷涂装置

技术领域：

本发明涉及的是用于对小直径石油管道喷涂的喷涂机器人技术领域，具体涉及的是一种用于管道内多功能喷涂装置。

背景技术：

管道工程在石油、天然气、核工业、管道运输等国民经济支柱产业中占有举足轻重的低位，因而管道防腐、管道维护不容忽视。现有的管道内壁喷涂方式有两种。

1、针对大直径管道内壁基本采用人工喷涂作业的方式，但喷涂效率低、喷涂质量较差；往往会造成漏喷、重复喷，浪费材料；工作环境比较恶劣、劳动强度大，而且喷涂材料含有粉末和有毒气体等，影响人体健康。

2、针对小直径和弯曲角度大的管道内壁采用机器人喷涂作业的方式，但也存在工作长度有限、弯管通过性差、自适应管径能力差、越障能力差、智能化低等不同程度的问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种用于管道内多功能喷涂装置，是针对地面小直径、小曲率半径油气输送管道焊接后会引起的涂层破坏等现象设计的，这种用于管道内多功能喷涂装置用于解决目前小直径管道喷涂机器人稳定性不足、机械传动链较长、自适应管径能力差、越障能力差、小曲率半径弯管通过能力差等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于管道内多功能喷涂装置包括控制模块、喷涂模块、检测模块、打磨清理模块、三个驱动行走模块、柔性调节模块，控制模块设置于中央箱体内部；检测模块、打磨清理模块和喷涂模块设置在中央箱体前端，柔性调节模块设置在中央箱体后端，柔性调节模块通过可控连杆机构与驱动行走模块相连；三个驱动行走模块沿中央箱体圆周呈120°均匀设置，每个驱动行走模块均为履带式驱动行走模块，驱动行走模块与可控连杆机构铰接，可控连杆机构另一面还与中央箱体、轴套相铰接；

柔性调节模块包括滚珠丝杠螺母副、轴套、弹簧、调节减速电机、压力传感器，调节减速电机放置于中央箱体内部，其输出端连接滚珠丝杠一端，滚珠丝杠置于轴套内部，滚珠丝杠沿喷涂装置中心轴线与中央箱体同轴，其另一端固定在轴套的后支撑座上，在轴套和丝杠螺母之间设置有一个压力传感器，压力传感器为筒状的，丝杠螺母和弹簧沿轴向内置于轴套中，与滚珠丝杠配合，弹簧一端顶住轴套盖，另一端顶住丝杠螺母；在可控连杆机构的导向作用下，柔性调节模块只沿轴向前后滑动。

上述方案中驱动行走模块包括四个调节板、自平衡支撑机构、三个柔性缓冲器、运动轮系和履带， 1号调节板、2号调节板、3号调节板、4号调节板依次铰接，驱动轮与1号调节板相连，驱动轮上安装第1柔性缓冲器，1号从动轮和2号从动轮安装在4号调节板上的两个不同尾部，3号调节板和4号调节板中间安装有第2柔性缓冲器；自平衡支撑机构包括自平衡支撑轮、两个支撑连杆和第3柔性缓冲器，1号支撑连杆和2号支撑连杆交叉铰接于2号调节板和3号调节板的关节点上，1号支撑连杆与2号支撑连杆之间铰接安装有第3柔性缓冲器，自平衡支撑轮安装在支撑连杆端部；履带绕在驱动轮、从动轮和自平衡支撑轮外。各调节板、支撑连杆及柔性支撑在关节点处均为铰连接，可以实现多关节自动调整。

上述方案中可控连杆机构包括主连杆、副连杆、长推杆、短推杆，主连杆和副连杆一端分别与1号调节板铰接，另一端与中央箱体铰接、主连杆、副连杆、1号调节板、中央箱体构成一个平行连杆系统，长推杆、短推杆一端分别与3号调节板铰接，另一端共同铰接于轴套的一个关节点上，长推杆、短推杆、3号调节板构成一个推动支撑连杆系统，主连杆与第1柔性缓冲器连接。平行连杆系统中的主连杆和副连杆的支撑端都铰接在中央箱体上，推动支撑连杆系统的支撑端铰接在柔性调节模块中的轴套上，通过柔性调节模块轴向调节，在推动支撑连杆系统和平行连杆系统的作用下，驱动行走模块可以径向调节尺寸，自适应管道内经。

上述方案中打磨清理模块包括打磨筒，打磨筒安装于中央箱体前面，打磨筒沿周向均匀设置三个可伸缩打磨头，检测模块设置于打磨筒前面，检测模块具有摄像头，喷涂模块设置在最前端。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明将控制、检测、打磨清理、喷涂、驱动行走、柔性调节等模块集成一体，机械本体结构更加简单紧凑、传动链变短、移动方便、节省了空间、实用性更强。

2、本发明中，多关节自调整的履带式驱动行走模块沿周向120°均匀分布，使得喷涂装置在行走过程中支撑面积增大，稳定性更好；同时各关节协调能力变好，可控柔度增强，越障性能更好。

3、本发明中，柔性调节模块和可控连杆结构的设计在实现推动行走和支撑功能的同时，兼顾了牵引力调节和管径适应，可调节范围变宽，很好地解决了机器人的牵引力调节问题和管径适应问题。

四、附图说明：

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的驱动行走模块结构示意图。

图3是本发明的可控连杆机构示意图。

图4是本发明的柔性调节模块结构示意图。

图中：1-控制模块、2-喷涂模块、3-检测模块、4-打磨清理模块、5-驱动行走模块、6-可控连杆机构、7-柔性调节模块、8-中央箱体；

51-第1柔性缓冲器、52-驱动轮、53-1号调节板、54-2号调节板、55-1号支撑连杆、56-自平衡支撑轮、57-3号调节板、58-4号调节板、59-履带、510-1号从动轮、511-2号从动轮、512-第2柔性缓冲器、513-第3柔性缓冲器、514-2号支撑连杆；

61-主连杆、62-副连杆、63-长推杆、64-短推杆；

71-滚珠丝杠、72-轴套盖、73-螺钉、74-轴套、75-弹簧、76-丝杠螺母、77-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1、图2、图3、图4所示，这种用于管道内多功能喷涂装置包括控制模块1、喷涂模块2、检测模块3、打磨清理模块4、三个驱动行走模块5、柔性调节模块7，控制模块1设置于中央箱体8内部；检测模块3、打磨清理模块4和喷涂模块2设置在中央箱体8前端，柔性调节模块7设置在中央箱体8后端，柔性调节模块7通过可控连杆机构6与驱动行走模块5相连；三个驱动行走模块5沿中央箱体8圆周呈120°均匀设置，每个驱动行走模块5均为履带式驱动行走模块，驱动行走模块5与可控连杆机构6铰接，可控连杆机构6另一面还与中央箱体8、轴套74相铰接，各个模块直接或间接与中央箱体8连接，依托中央箱体8相互配合、协同工作，形成机械本体结构。

打磨清理模块4包括打磨筒，打磨筒安装于中央箱体8前面，打磨筒沿周向均匀设置三个可伸缩打磨头，检测模块3设置于打磨筒前面，检测模块3具有摄像头，喷涂模块2设置在最前端。

参阅图4，柔性调节模块7包括滚珠丝杠螺母副、轴套74、弹簧75、调节减速电机、压力传感器77，调节减速电机放置于中央箱体8内部，其输出端连接滚珠丝杠71一端，滚珠丝杠71置于轴套74内部，滚珠丝杠71沿喷涂装置中心轴线与中央箱体8同轴，其另一端固定在轴套74的后支撑座上，在轴套74和丝杠螺母76之间设置有一个压力传感器77，压力传感器77为筒状的，用来检测和反馈压力信号；丝杠螺母76和弹簧75沿轴向内置于轴套74中，与滚珠丝杠71配合，弹簧75一端顶住轴套盖72，另一端顶住丝杠螺母76；在轴套74外端铰接的连杆系统的导向作用下，柔性调节模块7的周向运动被限制，只能沿轴向前后滑动。

参阅图2，驱动行走模块5由调节板、自平衡支撑机构、柔性缓冲器、运动轮系和履带59等部分组成。1号调节板、2号调节板、3号调节板、4号调节板依次铰接；自平衡支撑机构包括自平衡支撑轮56、支撑连杆和第3柔性缓冲器513。自平衡支撑机构、2号调节板54和3号调节板57通过一个关节点相铰接，1号支撑连杆55与2号支撑连杆514之间铰接安装有第3柔性缓冲器513，自平衡支撑轮56安装在支撑连杆端部，与履带59接触。驱动轮52与1号调节板53相连，同时驱动轮52上安装第1柔性缓冲器51，1号从动轮510和2号从动轮511安装在4号调节板58上的两个不同尾部，3号和4号调节板中间安装有第2柔性缓冲器512。在整个机构外围安装有履带59，履带内表面与驱动轮52、从动轮和自平衡支撑轮56接触。各调节板、支撑连杆及柔性支撑在关节点处均为铰连接，可以实现多关节自动调整。

参阅图3，可控连杆机构6包括主连杆61、副连杆62、长推杆63、短推杆64，主连杆61和副连杆62一端分别与1号调节板53铰接，另一端与中央箱体8铰接、主连杆61、副连杆62、1号调节板53、中央箱体8构成一个平行连杆系统，长推杆63、短推杆64一端分别与3号调节板57铰接，另一端共同铰接于轴套74的一个关节点上，长推杆63、短推杆64、3号调节板57构成一个推动支撑连杆系统，主连杆61与第1柔性缓冲器51连接。平行连杆系统中的主连杆61和副连杆62的支撑端都铰接在中央箱体8上，推动支撑连杆系统的支撑端铰接在柔性调节模块7中的轴套上，通过柔性调节模块7轴向调节，在推动支撑连杆系统和平行连杆系统的作用下，驱动行走模块5可以径向调节尺寸，自适应管道内经。

当管道内多功能喷涂装置进入管道后，通过控制模块1控制柔性调节模块7使得驱动行走模块5涨紧，当柔性调节模块7中的传感器压力达到设定值时停止调节，这时驱动行走模块5中各履带59紧贴管壁，控制模块1控制驱动轮52，带动整个装置行走；同时控制监测模块3，在运动过程中不断向控制模块1发送采集的信息，当监测到管道缺陷时，控制打磨清理模块4进行打磨处理，之后喷涂模块2进行喷涂维护作业。

在图2中，驱动行走模块上履带59任何一处受压力时，铰接在各关节点的调节板发生变化，导致履带59形状变化，使得履带59可紧贴管壁，从而使行走机构适应管道形状变化，这样就可以顺利通过管道弯管。驱动轮52或履带59在管道内遇到弯管或者其他障碍时，受外界压力作用下，铰接在驱动轮52上的第1柔性缓冲器51被压缩（或拉伸，本说明以压缩为例进行讲解），使得铰接在关节点1的1号调节板53向靠近管道内涂覆装置轴心处移动，随着装置继续运动，履带59形状变化，两组自平衡支撑轮56受外压力也将发生调整，从而使交叉的1号支撑连杆55和2号支撑连杆514以关节点2为旋转轴旋转以致相互远离，在第3柔性缓冲器513的作用下达到一定压力不再变化，4号调节板58和第1柔性缓冲器51调节方式同理，从而使行走机构适应管道形状变化，且可以灵活可靠的通过管道弯管。

在图3中，柔性调节模块7向右运动时，推动短推杆64、主连杆61和副连杆62推动行走机构向上运动；同理，柔性调节模块7向左运动时，推动短推杆64、主连杆61和副连杆62拉动行走机构向下运动，从而能够实现整个装置在径向方向上的扩张和收缩。长推杆63也铰接在轴套74的圆周方向上，呈120°均匀分布，这样就可以同时带动三个方向上的行走机构同时运动，保证它们的同步性。

在图2、4中，在电机驱动器的控制下，调节减速电机带动滚珠丝杠螺母副产生相对转动，由于轴套74在圆周方向相对固定，因此滚珠丝杠螺母副的相对转动将使丝杠螺母76和轴套74一起沿中心轴线方向在滚珠丝杠71上滑动，从而带动推杆推动可控连杆系统绕铰接支点转动，使驱动轮52贴近管道内壁，并可调整驱动轮52对管壁的压紧程度。在此过程中，筒状压力传感器77可以间接地检测各组驱动轮和管道内壁之间的压力和，保证行走机构以稳定的压紧力撑紧在管道内壁上，使管道检测机器人具有充足且稳定的牵引力。此外，压力传感器77还起到过载保护作用，防止机构超过额定载荷。

本发明将控制、检测、打磨清理、喷涂、驱动行走、柔性调节等模块集成一体，机械本体结构更加简单紧凑、传动链变短、移动方便、节省了空间、实用性更强。多关节自调整的履带式驱动行走模块沿周向120°均匀分布，使得喷涂装置在行走过程中支撑面积增大，稳定性更好；同时各关节协调能力变好，可控柔度增强，越障性能更好。柔性调节模块和可控连杆结构的设计在实现推动行走和支撑功能的同时，兼顾了牵引力调节和管径适应，可调节范围变宽，很好地解决了机器人的牵引力调节问题和管径适应问题。

Claims (4)

1.一种用于管道内多功能喷涂装置，其特征在于：这种用于管道内多功能喷涂装置包括控制模块（1）、喷涂模块（2）、检测模块（3）、打磨清理模块（4）、三个驱动行走模块（5）、柔性调节模块（7），控制模块（1）设置于中央箱体（8）内部；检测模块（3）、打磨清理模块（4）和喷涂模块（2）设置在中央箱体（8）前端，柔性调节模块（7）设置在中央箱体（8）后端，柔性调节模块（7）通过可控连杆机构（6）与驱动行走模块（5）相连；三个驱动行走模块（5）沿中央箱体圆周呈120°均匀设置，每个驱动行走模块（5）均为履带式驱动行走模块，驱动行走模块（5）与可控连杆机构（6）铰接，可控连杆机构（6）另一面还与中央箱体（8）、轴套（74）相铰接；

柔性调节模块（7）包括滚珠丝杠螺母副、轴套（74）、弹簧（75）、调节减速电机、压力传感器（77），调节减速电机放置于中央箱体（8）内部，其输出端连接滚珠丝杠（71）一端，滚珠丝杠（71）置于轴套（74）内部，滚珠丝杠（71）沿喷涂装置中心轴线与中央箱体（8）同轴，其另一端固定在轴套（74）的后支撑座上，在轴套（74）和丝杠螺母（76）之间设置有一个压力传感器（77），压力传感器（77）为筒状的，丝杠螺母（76）和弹簧（75）沿轴向内置于轴套（74）中，与滚珠丝杠（71）配合，弹簧（75）一端顶住轴套盖（72），另一端顶住丝杠螺母（76）；在可控连杆机构（6）的导向作用下，柔性调节模块（7）只沿轴向前后滑动。

2.根据权利要求1所述的用于管道内多功能喷涂装置，其特征在于：所述的驱动行走模块（5）包括四个调节板、自平衡支撑机构、三个柔性缓冲器、运动轮系和履带（59）， 1号调节板（53）、2号调节板（54）、3号调节板（57）、4号调节板（58）依次铰接，驱动轮（52）与1号调节板（53）相连，驱动轮上安装第1柔性缓冲器（51），1号从动轮（510）和2号从动轮（511）安装在4号调节板（58）上的两个不同尾部，3号调节板（57）和4号调节板（58）中间安装有第2柔性缓冲器（512）；自平衡支撑机构包括自平衡支撑轮（56）、两个支撑连杆和第3柔性缓冲器（513），1号支撑连杆（55）和2号支撑连杆（514）交叉铰接于2号调节板（54）和3号调节板（57）的关节点上，1号支撑连杆（55）与2号支撑连杆（514）之间铰接安装有第3柔性缓冲器（513），自平衡支撑轮（56）安装在支撑连杆端部；履带（59）绕在驱动轮（52）、从动轮和自平衡支撑轮（56）外。

3.根据权利要求2所述的用于管道内多功能喷涂装置，其特征在于：所述的可控连杆机构（6）包括主连杆（61）、副连杆（62）、长推杆（63）、短推杆（64），主连杆（61）和副连杆（62）一端分别与1号调节板（53）铰接，另一端与中央箱体（8）铰接、主连杆（61）、副连杆（62）、1号调节板（53）、中央箱体（8）构成一个平行连杆系统，长推杆（63）、短推杆（64）一端分别与3号调节板（57）铰接，另一端共同铰接于轴套（74）的一个关节点上，长推杆（63）、短推杆（64）、3号调节板（57）构成一个推动支撑连杆系统，主连杆（61）与第1柔性缓冲器（51）连接。

4.根据权利要求3所述的用于管道内多功能喷涂装置，其特征在于：所述的打磨清理模块（4）包括打磨筒，打磨筒安装于中央箱体（8）前面，打磨筒沿周向均匀设置三个可伸缩打磨头，检测模块（3）设置于打磨筒前面，检测模块（3）具有摄像头，喷涂模块（2）设置在最前端。