CN111425699A - 可折展的管道蠕动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道机器人领域的可折展的管道蠕动机构，包括两可动平台以及柔性连接两可动平台相对侧的可折叠连杆组；可动平台沿管道径向自动展开、收缩设置，在展开状态下撑住管道内壁，在收缩状态下分离管道内壁，可动平台上搭载有各类装置或工具；可折叠连杆组可自动折叠设置，且折叠方向垂直于所述可动平台的展开、收缩方向。优点是刚度好且结构简单，折叠后体积变小，便于人们携带、运输，展开后可以用于大型管道的探测、探伤。

Description

可折展的管道蠕动机构

技术领域

本发明涉及管道机器人领域，具体来说，是一种蠕动式管道并联机构。

背景技术

当今，科技生产力的不断发展，人们生活水平的不断提高以及人们日益增长的各种需求，管道在现代工农业以及人们日常生活中发挥着巨大的作用，被广泛的应用在石油、化工、天然气、核工业、城市用水等多个领域。这些领域关系国家的经济命脉，管道一旦发生泄漏，将会给国家和人们带来巨大的损失，因此对各个领域的管道进行定期的检测与维护具有重大的意义。

管道机器人是一种可以沿管道内壁或管外行走的机构，可以携带各种检测装置和操作工具，在地面操作人员的远程控制下自动完成探伤(腐蚀程度、裂纹，焊接缺陷等)及补口(对接焊缝、防腐处理、防腐层缺陷处理等)等作业，对管道内部情况利用检测装置实时的反馈到地面上来，使操作人员能够对管道的现状有深入的了解。随着管道应用领域的高速发展，对管道机器人的要求也就越来越高，这就促使我们研制更高性能的管道机器人来适应管道应用领域的高速发展，来更好的服务社会，服务人类。并联机构结构刚度大，承载能力强，精度高，具有非常广阔的应用前景。因此，用并联机构作为蠕动式管道机器人可以使其具有其他管道机器人无法比拟的优点，但是整体结构却比较大不易工作人员携带与运输。

综上，发明一个具有可折叠功能的管道并联机器人是十分必要且有实际应用价值的。

发明内容

本发明的目的是提供可折展的管道蠕动机构，简而言之，优点是刚度好且结构简单，折叠后体积变小便于人们携带、运输，展开后可以用于大型管道的探测、探伤。

本发明的目的是这样实现的：可折展的管道蠕动机构，包括两可动平台以及柔性连接两可动平台相对侧的可折叠连杆组；

所述可动平台沿管道径向自动展开、收缩设置，在展开状态下撑住管道内壁，在收缩状态下分离管道内壁，所述可动平台上搭载有各类装置或工具；

所述可折叠连杆组可自动折叠设置，且折叠方向垂直于所述可动平台的展开、收缩方向。

进一步地，两可动平台相对侧均设有连杆折叠驱动部件，所述连杆折叠驱动部件与可折叠连杆组传动连接以驱使可折叠连杆组进行伸展、折叠。

进一步地，所述可动平台设置为平行于管道径向平面的等边三角架结构，两可动平台相互正对且结构相同，所述可动平台的三条边自动同步伸缩设置，且每一边沿其长度方向自动伸缩，所述可动平台的三个顶角侧均设置为V型结构的V型连杆，所述V型连杆的顶点处用于抵靠管道内壁。

进一步地，所述可折叠连杆组由三个相同的可折叠单元组成，每个可折叠单元两端分别连接两可动平台的同侧顶角侧，所述可动平台的每个顶角侧均设置用于驱使可折叠单元进行伸展、折叠的连杆折叠驱动部件。

进一步地，所述可折叠单元包括两直型连杆，两直型连杆的相对端转动连接以构成双活动连杆结构，且活动方向垂直于可动平台，两直型连杆的相背端分别与两可动平台柔性连接。

进一步地，每个V型连杆均设有虎克铰，且所述虎克铰处于可动平台相对侧，所述虎克铰的其中一转轴转动连接直型连杆端部并安装有舵机，所述舵机设置为连杆折叠驱动部件，所述舵机传动连接直型连杆，以驱使两直型连杆相对于可动平台进行折叠、伸展活动。

进一步地，所述虎克铰的另一转轴基于可动平台相对侧向内侧方向偏转设置，并与可动平台的所处平面呈60°夹角。

进一步地，在可折叠连杆组处于完全折叠状态时，两直型连杆的杆身相互贴合。

本发明的有益效果在于：

1、刚度好且结构简单，折叠后体积变小便于人们携带、运输，展开后可以用于大型管道的探测、探伤；

2、结构简单，机体对称，并可以在管道内进行蠕动运动，特别在垂直管道内的运动过程十分平稳且高效；

3、巧妙的运用了空间中运动副的几何位置关系，使得该机构拥有折叠的特性且折叠效果较好；

4、折叠后该机构体积较小，便于人们携带与运输，展开后放置在管道内部可以进行蠕动运动，从而进行管道内部的探测与探伤。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的折叠状态示意图。

图3是本发明在管道内部蠕动的示意图。

图中，1V型连杆，2可动平台，3可折叠连杆组，4虎克铰，5舵机,6直型连杆。

具体实施方式

下面结合附图1-3和具体实施例对本发明进一步说明，下面以该机构在竖直管道中的蠕动为例。

如图1所示，可折展的管道蠕动机构，包括两可动平台2以及柔性连接两可动平台2相对侧的可折叠连杆组3。

上述可动平台2沿管道径向自动展开、收缩设置，在展开状态下撑住管道内壁，在收缩状态下分离管道内壁，可动平台2上搭载有各类装置或工具，比如探测、探伤装置；可动平台2上还可以安装焊接工具，以便进行管道内焊接工序。

上述可折叠连杆组3可自动折叠设置，且折叠方向垂直于可动平台2的展开、收缩方向。

两可动平台2相对侧均设有连杆折叠驱动部件，连杆折叠驱动部件与可折叠连杆组3传动连接以驱使可折叠连杆组3进行伸展、折叠。

上述可动平台2设置为平行于管道径向平面的等边三角架结构，两可动平台2相互正对且结构相同，即在底面的投影结构完全吻合，可动平台2的三条边自动同步伸缩设置，且每一边沿其长度方向自动伸缩，可动平台2的三个顶角侧均设置为V型结构的V型连杆1，V型连杆1的顶点处在该机构蠕动时抵靠管道内壁；可动平台2的三条边构成了三个直线移动副，每一个移动副配置一个可以受远程控制的直线电机，直线电机可以安装在V型连杆1的其中一边上，可动平台2的三条边均设为伸缩杆结构，可以在直线电机的驱使下进行伸缩，从而达到伸展或收缩可动平台2的目的。

上述可动平台2的三个V型连杆1在展开状态下同时抵靠管道内壁，以锁定可动平台2的位置。

上述可折叠连杆组3由三个相同的可折叠单元组成，每个可折叠单元两端分别连接两可动平台2的同侧顶角侧，可动平台2的每个顶角侧均设置用于驱使可折叠单元进行伸展、折叠的连杆折叠驱动部件。

上述可折叠单元包括两直型连杆6，两直型连杆6的相对端转动连接以构成双活动连杆结构，从而构成一转动副，且活动方向垂直于可动平台2，两直型连杆6的相背端分别与两可动平台2柔性连接。在可折叠连杆组3处于完全折叠状态时，两直型连杆6的杆身相互贴合，以便将整个机构折叠到更小的状态。

每个V型连杆1均设有虎克铰4，由两个相交R副构成，具有两个转动自由度，且虎克铰4处于可动平台2相对侧，虎克铰4的其中一转轴转动连接直型连杆6端部，并在该处安装有舵机5，舵机5设置为连杆折叠驱动部件，舵机5传动连接直型连杆6，通过舵机5驱使直型连杆6进行转动，从而驱使两直型连杆6相对于可动平台2进行折叠、伸展活动。

上述虎克铰4的另一转轴基于可动平台2相对侧向内侧方向偏转设置，并与可动平台2的所处平面呈60°夹角，以达到最佳的力学效果。

该机构的折叠过程：如图2所示，当上下可动平台2上的移动副P都延伸到最大时，可动平台2达到最大，且两可动平台2上下完全对称，当下面的可动平台2固定在地面时，等速驱动下面的可动平台2上的三个舵机5，上面的可动平台2逐渐会缓慢垂直向下移动，上下可动平台2的直型连杆6的杆身完全接触，此时该机构的整体体积已被缩小，缩小后的机构整体机构体积较小，携带时方便且运输成本降低。

如图3所示，该机构在竖直管道内进行蠕动运动时，按照如下步骤：

1、初始状态(图a)，上面的可动平台2为定平台，下面的可动平台2为动平台，上面的可动平台2的三个V型连杆1顶住管道内壁并将其锁定在管道内壁上；

2、驱使下面的可动平台2的三条边收缩，使得下面的可动平台2整体收缩，使其三个V型连杆1同时脱离管道内壁(图b)；

3、根据所需步长，驱动上面的可动平台2的所有舵机5，驱使可折叠连杆组3整体向上折叠运动，从而将下面的可动平台2拉上来(图c)；

4、驱使下面的可动平台2的三条边伸展，使得下面的可动平台2放大，使其三个V型连杆1同时抵靠管道内壁(图d)；

5、驱动上面的可动平台2的三条边收缩，使其缩小，使其三个V型连杆1同时离开管道内壁，此时，下面的可动平台2为定平台，上面的可动平台2为动平台(图e)；

6、根据所需步长，驱动下面的可动平台2的所有舵机5，使得可折叠连杆组3整体向上折叠运动，将上面的可动平台2送到预定的位置(图f)；

7、驱动上面的可动平台2的三条边伸展，放大上面的可动平台2，使其三个V型连杆1同时抵靠管道内壁(图g)。

图3的(a)～(g)的运动步态即为该机构蠕动运动的一个周期，经一个周期后机构回归初始状态，而整体位置却向上移动。反复进行这个过程，该机构就能不停的向上运动，并在机构上安装探测设备后就可以进行管道内部的探测、探伤操作。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

Claims (8)

1.可折展的管道蠕动机构，其特征在于，包括两可动平台(2)以及柔性连接两可动平台(2)相对侧的可折叠连杆组(3)；

所述可动平台(2)沿管道径向自动展开、收缩设置，在展开状态下撑住管道内壁，在收缩状态下分离管道内壁，所述可动平台(2)上搭载有各类装置或工具；

所述可折叠连杆组(3)可自动折叠设置，且折叠方向垂直于所述可动平台(2)的展开、收缩方向。

2.根据权利要求1所述的可折展的管道蠕动机构，其特征在于：两可动平台(2)相对侧均设有连杆折叠驱动部件，所述连杆折叠驱动部件与可折叠连杆组(3)传动连接以驱使可折叠连杆组(3)进行伸展、折叠。

3.根据权利要求1所述的可折展的管道蠕动机构，其特征在于：所述可动平台(2)设置为平行于管道径向平面的等边三角架结构，两可动平台(2)相互正对且结构相同，所述可动平台(2)的三条边自动同步伸缩设置，且每一边沿其长度方向自动伸缩，所述可动平台(2)的三个顶角侧均设置为V型结构的V型连杆(1)，所述V型连杆(1)的顶点处用于抵靠管道内壁。

4.根据权利要求3所述的可折展的管道蠕动机构，其特征在于：所述可折叠连杆组(3)由三个相同的可折叠单元组成，每个可折叠单元两端分别连接两可动平台(2)的同侧顶角侧，所述可动平台(2)的每个顶角侧均设置用于驱使可折叠单元进行伸展、折叠的连杆折叠驱动部件。

5.根据权利要求4所述的可折展的管道蠕动机构，其特征在于：所述可折叠单元包括两直型连杆(6)，两直型连杆(6)的相对端转动连接以构成双活动连杆结构，且活动方向垂直于可动平台(2)，两直型连杆(6)的相背端分别与两可动平台(2)柔性连接。

6.根据权利要求5所述的可折展的管道蠕动机构，其特征在于：每个V型连杆(1)均设有虎克铰(4)，且所述虎克铰(4)处于可动平台(2)相对侧，所述虎克铰(4)的其中一转轴转动连接直型连杆(6)端部并安装有舵机(5)，所述舵机(5)设置为连杆折叠驱动部件，所述舵机(5)传动连接直型连杆(6)，以驱使两直型连杆(6)相对于可动平台(2)进行折叠、伸展活动。

7.根据权利要求6所述的可折展的管道蠕动机构，其特征在于：所述虎克铰(4)的另一转轴基于可动平台(2)相对侧向内侧方向偏转设置，并与可动平台(2)的所处平面呈60°夹角。

8.根据权利要求5所述的可折展的管道蠕动机构，其特征在于：在可折叠连杆组(3)处于完全折叠状态时，两直型连杆(6)的杆身相互贴合。

Images