CN110701429A - 一种石油管道清理检测机器人 - Google Patents

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Abstract

一种石油管道清理检测机器人，包括行走机构、清理检测机构和控制机构；其中行走机构设有轴心电机，通过电机正反转带动丝杆转动，进而使丝杆滑块及滑杆向两边或中间位移，改变横梁的高度及轮子高度实现变径，以适应不同管径；控制机构设有外壳包裹的控制模块及齿轮组，其控制模块包括电源、电机及单片机，控制机构还通过支架连接在行走机构上，并与行走机构的轴心电机及腿部的压力传感器信息交互；清理检测机构包裹在控制机构外侧，通过设置转轮携带可替换刀具、刷子及检测仪器；本发明总体结构为圆环形，可以有效降低机器人在管道工作时对管道流体流动影响，提高了管道清理检测的效率，具有结构合理、工作高效及实用性强的优点。

Description

一种石油管道清理检测机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，特别涉及一种石油管道清理检测机器人。
背景技术
管道运输作为长距离石油运输的重要方式，极大的降低了石油运输成本，但是管道运输也存在诸多问题，最为突出的就是管道维护的问题。石油作为一种高粘度的流体并且含有原油、天然气和水等介质，很容易造成管道阻塞，从而增大了管道运输的阻力，但是仍会有一部分成分会析出蜡，导致管道堵塞，并且复杂的成分会导致管道产生电化学腐蚀，轻则管道泄漏，重则管道爆裂，污染环境。因此对石油运输管道进行定期清理和检测是必须的。
由于石油运输管道埋在地底，人工清理检测几乎不可能实现，因此便有了机器人清理检测，它可以代替人在管道中进行清理检测。众所周知，管道内流体越靠近管道中心流速越快，而一般管道清理机器人的主体结构呈圆柱形，在工作时主体结构在管道中心，会阻碍流体流动，导致管内阻力升高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出了一种石油管道清理检测机器人，机器人的主体结构为圆环形，能够避开管道中心的流体，整体结构更贴近管壁，并且可以同时搭载各种刀具和检测仪器，对管道进行清理和检测时对管道流体的影响小，结构更稳定，各种清理检测部件更换简单；具有结构合理、工作高效及实用性强的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种石油管道清理检测机器人，包括行走机构、清理检测机构和控制机构；
所述行走机构包括轴心电机13，所述轴心电机13为双轴电机，轴心电机13外周两端，对称设置有两组围绕轴心电机13轴心设置的放射状三脚支架10；轴心电机13的动力输出端分别通过两侧对称设置的联轴器与两侧丝杆9的一端相连接，丝杆9的另一端通过轴承与固定支座12相连接，两侧的固定支座12与轴心电机13之间还分别对称设置有固定支杆11；两侧的丝杆9上分别设置有丝杆滑块1，每侧丝杆滑块1外周的径向上与放射状均布的滑杆2的一端相连接，两侧相对应的滑杆2的顶端架设有横梁3，横梁3两侧分别对称设置有套管4，套管4内固定设置有弹簧5的一端，弹簧5的另一端与轮支架轴杆6的一端相连接，横梁3一侧轮支架轴杆6的顶端连接有履带7，横梁3另一侧轮支架轴杆6的顶端连接有轮子8；
所述控制机构包括圆环状外壳23，所述外壳23与支架10顶端相连；外壳23内设置有三个等距分布的相互啮合的齿轮组22，所述齿轮组22通过轴杆固定在外壳23内侧壁及齿轮组22旁边固定设置的控制模块20动力输出端，外壳23外侧壁设有卡槽24；
清理检测机构包括转轮15，转轮15包裹于控制机构外壳23的外侧，其底边嵌于卡槽24内，转轮15的内壁设有内齿轮21，内齿轮21与控制机构的齿轮组22相啮合，转轮15外侧壁上，每侧设置有多个工具架16，伸缩弹簧18的一端与工具架16内的环形孔固定连接，伸缩弹簧18的另一端与刀具杆19相连接，刀具杆19上装载有可替换的可替换刀具14、刷子17或检测仪器。
所述履带7或轮子8内设有压力传感器。
所述履带7内设置有第一电源及驱动履带7的第一电机，所述第一电源为第一电机供电。
所述控制模块20包括第二电源、开关电路、第二电机及单片机；所述第二电源的电力输出端与开关电路的电力输入端相连接，所述开关电路的电力输出端与第二电机、轴心电机13的电力输入端相连接；所述单片机信号输出端与开关电路的信号输入端相连接，所述开关电路的信号输出端与单片机的信号输入端相连接；所述压力传感器的信号输出端与单片机的信号输入端相连接，所述单片机的信号输出端与压力传感器的信号输入端相连接。
本发明的有益效果在于：
本发明通过设置行走机构、清理检测机构和控制机构，实现对石油管道进行清理和检测；其中行走机构设有轴心电机13，丝杆9、支杆11及支架10围绕轴心电机设置；其中横梁3通过滑杆2与丝杆滑块1连接，丝杆滑块1在丝杆9在轴心电机13的驱动下轴向位移，实现机器人作业过程中径向上的伸缩调节；履带7及轮子8分别借助弹簧5及轮支架轴杆6连在横杆3上，履带7内设置独立的电源及第一电机可以控制驱动机器人在管道内行走；控制机构包括圆环状外壳23，其内部设置有控制模块20及齿轮组22，根据压力传感信号，对电机运转进行控制，实现机器人在管道内的行走、伸缩及转动；清理检测机构包括包裹在控制机构外侧的转轮15，转轮15外侧壁设置的多个工具架16，通过刀具杆19携带可替换刀具14、刷子17及检测仪器；清理检测机构在控制机构的控制驱动下对管道内壁清理及检测；而可替换刀具14、刷子17及检测仪器，可以根据工作需要进行替换，实现对管道的粗清理、细清理及管道检测。
本发明行走机构腿部垂直于管壁，所以机器人腿部的压力即为轮子对管壁的正压力，使得机器人的腿部可以与管壁有足够的贴紧力；机器人工作时腿部因流体的冲击而产生弯曲应力，腿越长弯曲应力越大，机器人总体为圆环形的结构，减小腿部与管壁距离，可以有效解决流体对机器人冲击力太大而产生的腿部弯曲强度问题，保持机器人的稳定而不会被冲走。
本发明总体结构为圆环形，可以有效降低机器人在管道工作时，机器人对管道流动的阻碍效果；由于流体在管道中流动的过程中，流体在管道中速度的分布是越靠近管道壁面，流体的流速越慢，越靠近管道中心，流体的流速越快；而机器人主体部分比较靠近管壁，因此冲击在机器人主体部分的速度较低，流体对机器人的冲击力也较小，相对的，机器人对流体的阻力也比较小，流体在管道中流动的阻力也比较小。
综上，本发明具有结构合理、工作高效及实用性强的优点。
附图说明
图1是本发明石油管道清理检测机器人结构示意图。
图2是本发明行走机构结构示意图。
图3是本发明清理机构结构示意图。
图4是本发明转轮与控制机构齿轮的啮合关系图。
图5是本发明控制机构结构示意图。
图中：1、丝杆滑块；2、滑杆；3、横梁；4、套管；5、弹簧；6、轮支架轴杆；7、履带；8、轮子；9、丝杆；10、支架；11、固定支杆；12、固定支座；13、轴心电机；14、可替换刀具；15、转轮；16、工具架；17、刷子；18、伸缩弹簧；19、刀具杆；20、控制模块；21、内齿轮；22、齿轮组；23、外壳；24、卡槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做进一步说明。
一种石油管道清理检测机器人，包括行走机构、清理检测机构和控制机构；
参见图1、图2，所述行走机构包括轴心电机13，所述轴心电机13为双轴电机，轴心电机13外周两端，对称设置有两组围绕轴心电机13轴心设置的放射状三脚支架10；轴心电机13的动力输出端分别通过两侧对称设置的联轴器与两侧丝杆9的一端相连接，丝杆9的另一端通过轴承与固定支座12相连接，两侧的固定支座12与轴心电机13之间还分别对称设置有3根固定支杆11；两侧的丝杆9上分别设置有丝杆滑块1，每侧丝杆滑块1外周的径向上与3根放射状均布的滑杆2的一端相连接，两侧相对应的滑杆2的顶端架设有横梁3，横梁3两侧分别对称设置有套管4，套管4内固定设置有弹簧5的一端，弹簧5具有缓冲作用，弹簧5的另一端与轮支架轴杆6的一端相连接，横梁3一侧轮支架轴杆6的顶端连接有履带7，横梁3另一侧轮支架轴杆6的顶端连接有轮子8；
参见图1、图4及图5，所述控制机构包括圆环状外壳23，所述外壳23与支架10顶端相连；外壳23内设置有三个等距分布的相互啮合的齿轮组22，所述齿轮组22通过轴杆固定在外壳23内侧壁及齿轮组22旁边固定设置的控制模块20动力输出端，外壳23外侧壁设有卡槽24；
参见图1、图3，清理检测机构包括转轮15，转轮15包裹于控制机构外壳23的外侧，其底边嵌于卡槽24内，转轮15的内壁设有内齿轮21，内齿轮21与控制机构的齿轮组22相啮合，转轮15外侧壁上，每侧设置有多个工具架16，伸缩弹簧18的一端与工具架16内的环形孔固定连接，伸缩弹簧18的另一端与刀具杆19相连接，刀具杆19上装载有可替换的可替换刀具14、刷子17或检测仪器。
所述履带7或轮子8内设有压力传感器。
所述履带7内设置有第一电源及驱动履带7的第一电机，所述第一电源为第一电机供电。
所述控制模块20包括第二电源、开关电路、第二电机及单片机，根据压力传感信号，单片机通过开关电路对各电机运转进行控制，实现机器人在管道内的行走、伸缩及转动；所述第二电源的电力输出端与开关电路的电力输入端相连接，所述开关电路的电力输出端与第二电机、轴心电机13的电力输入端相连接；所述单片机信号输出端与开关电路的信号输入端相连接，所述开关电路的信号输出端与单片机的信号输入端相连接；所述压力传感器的信号输出端与单片机的信号输入端相连接，所述单片机的信号输出端与压力传感器的信号输入端相连接。
本发明的工作原理为：
管道清理检测机器人在石油管道内由控制机构的主控制模块控制电机25及轴心电机13的正反转，其中轴心电机13通过正反转带动丝杆9转动，丝杆9上设置的丝杆滑块1及丝杆滑块1外周径向上设置的滑杆2向两边或中间位移，使横梁3的高度变化，从而改变套管4以及轮子的高度实现变径；另外可通过腿部弹簧5调节变径，当管径变化比较剧烈时，单靠丝杆传动变径将会产生延迟，可能导致丝杆滑块1、滑杆2以及横梁3上连接件的损坏，或者丝杆磨损严重等问题；因此在套管内设置弹簧5，弹簧5顶端与轮支架轴杆6连接，类似于减震装置，对机器人腿部进行保护；履带7内设置有独立电源及第一电机，用于实现机器人在管道内的行走。
控制模块20内的第二电机通过正反转带动控制机构的齿轮组22及清理检测机构中转轮15的内齿轮16联动，从而带动转轮15携带可替换刀具14、刷子17及检测仪器对石油管道进行清理或检测。
通过对控制模块20内的单片机预设程序控制其内部的第二电机及轴心电机13正反转，驱动机器人的前进、后退及控制机器人的清理机构的的正转与反转，同时通过读取机器人履带和/或轮子处的压力传感器的数据控制机器人的变径。
以上具体实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关此技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的保护范围应由权利要求限定。

Claims (4)

1.一种石油管道清理检测机器人，包括行走机构、清理检测机构和控制机构；其特征在于：
所述行走机构包括轴心电机(13)，所述轴心电机(13)为双轴电机，轴心电机(13)外周两端，对称设置有两组围绕轴心电机(13)轴心设置的放射状三脚支架(10)；轴心电机(13)的动力输出端分别通过两侧对称设置的联轴器与两侧丝杆(9)的一端相连接，丝杆(9)的另一端通过轴承与固定支座(12)相连接，两侧的固定支座(12)与轴心电机(13)之间还分别对称设置有固定支杆(11)；两侧的丝杆(9)上分别设置有丝杆滑块(1)，每侧丝杆滑块(1)外周的径向上与放射状均布的滑杆(2)的一端相连接，两侧相对应的滑杆(2)的顶端架设有横梁(3)，横梁(3)两侧分别对称设置有套管(4)，套管(4)内固定设置有弹簧(5)的一端，弹簧(5)的另一端与轮支架轴杆(6)的一端相连接，横梁(3)一侧轮支架轴杆(6)的顶端连接有履带(7)，横梁(3)另一侧轮支架轴杆(6)的顶端连接有轮子(8)；
所述控制机构包括圆环状外壳(23)，所述外壳(23)与支架(10)顶端相连；外壳(23)内设置有三个等距分布的相互啮合的齿轮组(22)，所述齿轮组(22)通过轴杆固定在外壳(23)内侧壁及齿轮组(22)旁边固定设置的控制模块(20)动力输出端，外壳(23)外侧壁设有卡槽(24)；
清理检测机构包括转轮(15)，转轮(15)包裹于控制机构外壳(23)的外侧，其底边嵌于卡槽(24)内，转轮(15)的内壁设有内齿轮(21)，内齿轮21与控制机构的齿轮组(22)相啮合，转轮(15)外侧壁上，每侧设置有多个工具架(16)，伸缩弹簧(18)的一端与工具架(16)内的环形孔固定连接，伸缩弹簧(18)的另一端与刀具杆(19)相连接，刀具杆(19)上装载有可替换的可替换刀具(14)、刷子(17)或检测仪器。
2.根据权利要求1所述的一种石油管道清理检测机器人，其特征在于：所述履带(7)或轮子(8)内设有压力传感器。
3.根据权利要求1或2所述的一种石油管道清理检测机器人，其特征在于：所述履带(7)内设置有第一电源及驱动履带(7)的第一电机，所述第一电源为第一电机供电。
4.根据权利要求1和2所述的一种石油管道清理检测机器人，其特征在于：所述控制模块(20)包括第二电源、开关电路、第二电机及单片机；所述第二电源的电力输出端与开关电路的电力输入端相连接，所述开关电路的电力输出端与第二电机、轴心电机(13)的电力输入端相连接；所述单片机信号输出端与开关电路的信号输入端相连接，所述开关电路的信号输出端与单片机的信号输入端相连接；所述压力传感器的信号输出端与单片机的信号输入端相连接，所述单片机的信号输出端与压力传感器的信号输入端相连接。
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