CN111895212A - 一种管道堵漏机器人及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道堵漏机器人及工作方法，包括行走机构，行走机构安装有机械臂，机械臂的末端安装有卡盘机构，卡盘机构能够与封堵机构可拆卸连接，卡盘机构包括托板，托板安装有卡合机构，封堵机构包括连接在固定板且能够张开和闭合的封堵组件，托板能够通过卡合机构实现与固定板锁紧或松开状态的切换，封堵组件能够通过传动机构与设置在托板的封堵驱动件连接，本发明的机器人工作效率高，安全性好。

Description

一种管道堵漏机器人及工作方法

技术领域

本发明涉及管道修补设备技术领域，具体涉及一种管道堵漏机器人及工作方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

在石油储运系统中，管道泄漏容易带来火灾、爆炸、中毒等危险，会造成重大的人身伤害、经济损失与环境污染。

为了减少泄漏带来的危害与损失，逐渐出现了堵漏技术。从最初仅在停产、停输的条件下进行简单的堵漏，到后期通过胶黏剂、密封材料和机械装置等实施的带压堵漏，堵漏技术取得了飞速的发展。虽然当然的管道堵漏技术已较为先进，但是其大多采用人工操作堵漏装置进行作业的方式，发明人发现该方式不仅效率低下，泄露状况下的危险环境还会带来极大的人身安全隐患。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种管道堵漏机器人，能够代替人工操作，工作效率高，而且避免了对工作人员人身安全带来隐患。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种管道堵漏机器人，包括行走机构，行走机构安装有机械臂，机械臂的末端安装有卡盘机构，卡盘机构能够与封堵机构可拆卸连接，卡盘机构包括托板，托板安装有卡合机构，封堵机构包括连接在固定板且能够张开和闭合的封堵组件，托板能够通过卡合机构实现与固定板锁紧或松开状态的切换，封堵组件能够通过传动机构与设置在托板的封堵驱动件连接。

第二方面，本发明的实施例提供了一种管道堵漏机器人的工作方法：托板通过卡合机构与固定板锁紧固定，行走机构和机械臂带动卡盘机构和封堵机构运动至设定位置，驱动件通过传动机构带动封堵组件由张开状态运动至闭合状态，夹紧管道对管道进行封堵，封堵完成后，卡合机构工作，与固定板切换至松开状态，卡盘机构在机械臂的带动下与封堵机构脱离。

本发明的有益效果：

本发明的管道堵漏机器人，能够利用行走机构和机械臂将卡盘机构和封堵机构运动至设定位置，并利用封堵驱动件和传动机构驱动封堵组件工作，对管道泄漏位置进行封堵，并且卡合机构能够使得卡盘机构与封堵机构分离，使得封堵机构能够继续留在管道泄漏位置，而管道堵漏机器人的其他机构可以离开，以便下次继续工作，整个过程无需工作人员靠近管道的泄漏位置，而且无需人工操作，工作效率高，而且避免了对工作人员的人身安全造成威胁。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1卡盘机构示意图；

图3为本发明实施例1卡盘机构俯视图；

图4为本发明实施例1托板与卡盘装配示意图；

图5为本发明实施例1托板结构示意图；

图6为本发明实施例1卡盘结构示意图；

图7为本发明实施例1卡盘连杆结构示意图；

图8为本发明实施例1卡盘卡轴结构示意图；

图9为本发明实施例1卡盘液压马达结构示意图；

图10为本发明实施例1卡盘机构在与封堵机构锁紧时状态示意图；

图11为本发明实施例1卡盘机构在与封堵机构松开时状态示意图；

图12为本发明实施例1封堵机构结构示意图；

图13为本发明实施例1封堵机构俯视图；

图14为本发明实施例1传动机构结构示意图；

图15为本发明实施例1第一封堵板结构示意图；

图16为本发明实施例1蜗杆结构示意图；

图17为本发明实施例1第二离合器部结构示意图；

图18为本发明实施例1固定板结构示意图；

图19为本发明实施例1固定铰链板结构示意图；

图20为本发明实施例2封堵机构封堵管道过程示意图；

其中，1.行走机构，2.机械臂，3.控制系统，4.卡盘机构，5.封堵机构，6.管道；

4-1.托板，4-2.环形筒，4-3.卡盘，4-3-1.凹槽，4-3-2.转轴，4-4.卡盘连杆，4-4-1.耳板，4-5.卡盘卡轴，4-6.卡盘液压马达，4-7.卡盘盖，4-8.第一连接轴部，4-9.第一齿盘部，4-10.牙嵌离合器液压马达；

5-1.固定板，5-2.卡盘卡圈，5-3.卡槽，5-4.第一封堵板，5-5.第二封堵板，5-6.密封条，5-7.第一连接板，5-8.端盖，5-9.固定铰链板，5-10.蜗杆，5-10-1.空心轴，5-10-2.键槽，5-11.蜗轮，5-12.第一滑块，5-13.第二滑块，5-14.第二连接板，5-15.第二连接轴部，5-16.第二齿盘部，5-17.套筒，5-18.内六角圆柱头螺钉。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的管道堵漏由人工操作进行，效率低，安全性差，针对上述问题，本申请提出了一种管道堵漏机器人。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1所示，一种管道堵漏机器人，包括行走机构1，所述行走机构安装有机械臂2，所述机械臂的末端安装有卡盘机构4，卡盘机构能够与封堵机构5固定和松开，所述封堵机构用于对待堵漏的管道6进行堵漏，所述行走机构、机械臂、卡盘机构与控制系统3连接，能够由控制系统控制其工作。

所述行走机构采用轮式行走机构或履带式行走机构，优选的，所述行走机构采用履带式行走机构，能够适应复杂的路况，适用范围广，其结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。

所述机械臂采用现有的六自由度液压机械臂，用于封堵机构姿态和位置调整，其具体结构在此不进行详细叙述。

如图2-11所示，所述卡盘机构4包括托板4-1，所述托板的中心部位固定有环形筒4-2，所述卡合机构包括卡盘，所述环形筒内设有与其同轴的卡盘4-3。

所述卡盘的边缘处设有沿圆周均匀分布的四个凹槽4-3-1，所述凹槽内设有转轴4-3-2，卡盘连杆4-4一端通过通孔与转轴铰接，卡盘连杆的另一端设有两个耳板4-4-1，两个耳板中也设置有转轴，转轴通过卡盘卡轴4-5端部的圆形通孔与卡盘卡轴转动连接，实现卡盘卡轴一端与卡盘连杆的端部铰接，所述卡盘卡轴通过环形筒设置的圆形通孔穿过环形筒，并且与环形筒滑动连接，能够沿自身的轴线方向运动。

所述卡盘与安装在托板的卡盘驱动件连接，卡盘驱动件能够驱动卡盘的转动，所述卡盘驱动件采用卡盘液压马达4-6，所述卡盘液压马达的输出轴4-6-1穿过托板中心位置设置的通孔后通过卡盘中心设置的安装孔与卡盘固定连接，卡盘液压马达的壳体通过三个内六角圆柱头螺钉与托板固定连接。所述机械臂的末端与卡盘液压马达的壳体连接，实现机械臂与卡盘机构的连接。

卡盘液压马达驱动卡盘正向转动，四个卡盘连杆均转动收入凹槽内，此时卡盘卡轴收入环形筒设置的通孔内，卡盘液压马达驱动卡盘反向转动，四个卡盘连杆转动出凹槽，卡盘卡轴沿其轴线方向运动，卡盘卡轴的端部伸出至环形筒外部。

所述封堵机构设有卡盘卡圈，所述卡盘卡圈上设有与所述卡盘卡轴相匹配的卡槽，当卡盘卡轴伸出至环形筒外部时，卡盘卡轴能够伸入卡槽内部，实现卡盘机构与封堵机构的固定。

本实施例的卡合机构，通过卡盘卡轴的伸缩实现与封堵装置的锁紧固定或松开，稳定性好。

本实施例中，所述环形筒底端面与托板固定连接，顶端面通过五个十字槽沉头螺钉和五个与所述十字槽沉头螺钉相匹配的固定孔与卡盘盖4-7固定连接，卡盘盖与托板及环形筒形成一个密封空间，对卡盘、卡盘连杆及卡盘卡轴等元件起到了保护的作用。

所述环形筒的两侧设置有牙嵌离合器的第一离合器部，两个第一离合器部相对于环形筒的轴线对称设置，所述第一离合器部包括第一连接轴部4-8和第一齿盘部4-9，所述第一连接轴部穿过托板设置的通孔与固定在托板的封堵驱动件连接，本实施例中，所述封堵驱动件采用牙嵌离合器液压马达4-10，所述牙嵌离合器液压马达的输出轴与第一连接轴部固定，能够驱动第一离合器部的转动，所述牙嵌离合器液压马达的壳体固定在托板上。

如图12-19所示，所述封堵机构包括固定板5-1，所述固定板中心部位设有卡盘卡圈5-2，固定板能够通过卡盘卡圈上设置的卡槽5-3与卡盘机构锁紧固定或松开。所述固定板连接有封堵组件，所述封堵组件能够张开或闭合，进而对管道进行封堵。

所述封堵组件包括第一封堵板5-4和第二封堵板5-5，所述第一封堵板和第二封堵板均为与待封堵的管道相匹配的半圆形板，第一封堵板和第二封堵板闭合时，能够形成中空圆柱体，管道能够被卡接在第一封堵板和第二封堵板内部，所述第一封堵板和第二封堵板相对的端面边缘处设有密封条5-6，所述密封条为对酸、碱、盐、石油产品和烃类等介质耐腐蚀的橡胶产品，其呈长条状，固定在第一封堵板和第二封堵板内侧面靠近边缘的位置，一侧与封堵板边对齐；两个密封条分别绕第一封堵板和第二封堵板的四边一圈；当第一封堵板和第二封堵板合住时，密封条恰好与管道贴合，防止管道内液体或气体的泄漏。

所述第一封堵板和第二封堵板的两端均固定有第一连接板5-7，第一连接板的一端与第一封堵板及第二封堵板固定，第一连接板的另一端通过三个螺钉固定有端盖5-8，所述端盖设有转轴，端盖的转轴通过第一连接板端部设置的通孔穿过第一连接板并通过设置在固定铰链板端部的通孔与固定铰链板5-9转动连接，进而实现了第一连接板端部与固定铰链板的铰接，所述固定铰链板设置在固定板的端部。

第一封堵板和第二封堵板的第一连接板能够通过端盖绕固定铰链板转动，进而实现第一封堵板和第二封堵板的张开和闭合。

所述第一封堵板和第二封堵板与传动机构连接，传动机构与设置在固定板的牙嵌离合器的第二离合器部连接，牙嵌离合器的第一离合器部和第二离合器部能够啮合，进而通过牙嵌离合器液压马达带动第一离合器部和第二离合器部的转动，第二离合器部通过传动机构带动第一封堵板和第二封堵板的转动，实现其张开和闭合。

所述传动机构设置两组，对称设置在卡盘卡圈的两侧位置，包括蜗杆5-10，所述蜗杆与蜗轮5-11啮合，蜗轮与丝杠5-15固定连接，丝杠位于蜗轮两侧的部分分别连接有第一滑块5-12和第二滑块5-13，第一滑块与第二连接板5-14的一端铰接，本实施例中，所述第一滑块的两个侧面分别通过铰接轴与两个第二连接板的一端铰接，两个第二连接板的另一端与第一封堵板固定，第二滑块与第三连接板的一端铰接，本实施例中，所述第二滑块的两个侧面分别通过铰接轴与两个第三连接板的一端铰接，两个第三连接板的另一端与第二封堵板固定，第一滑块和第二滑块相对于蜗轮对称设置，且第一滑块和第二滑块所在的丝杠部分旋向相反。

蜗杆转动，能够带动蜗轮转动，蜗轮的转动能够带动丝杠的转动，第一滑块和第二滑块能够在丝杠的作用向做同步的相向或远离运动，在第一连接板的支撑下，第一滑块和第二滑块能够通过第二连接板和第三连接板带动第一封堵板和第二封堵板做张开或闭合运动，第一连接板在第一封堵板和第二封堵板的带动下作从动运动，通过端盖绕固定铰链板转动。

本实施例中，所述蜗杆与蜗轮啮合的部分为啮合部，啮合部靠近固定板一侧的部分为空心轴5-10-1，并设有键槽5-10-2，所述牙嵌离合器的第二离合器部包括第二连接轴部5-15和第二齿盘部5-16，所述第二连接轴部设有键槽并插入蜗杆的空心轴内，第二连接轴部通过键槽和导向平键5-19与蜗杆的空心轴连接，能够带动蜗杆转动，同时能够允许蜗杆沿其自身轴线方向运动。所述蜗杆的空心轴部分外轴面套在套筒内部并与套筒5-17转动连接，所述套筒通过四个内六角圆柱头螺钉5-18与固定板靠近蜗轮、蜗杆一侧的侧面固定连接。

所述第二齿盘部与第一齿盘部相匹配，均具有多个啮合齿，第一齿盘部的啮合齿能够与第二齿盘部的啮合齿相啮合，进而第一齿盘部能够带动第二齿盘部的转动。

所述封堵机构的工作原理为：

第一齿盘部带动第二齿盘部转动，第二连接轴部能够通过导向平键带动蜗杆转动，蜗杆通过与蜗轮的啮合作用带动蜗轮转动，同时蜗杆沿自身的轴线方向运动，蜗轮的转动带动丝杠的转动，第一滑块和第二滑块沿丝杠的轴线方向做相向或远离运动，在第一连接板的支撑作用下，第一封堵板和第二封堵板实现张开或闭合，第一封堵板和第二封堵板闭合后，形成与管道吻合的中空圆柱体，将管道卡在第一封堵板和第二封堵板内，密封条压紧管道，密封条发生轻微变形，与管道紧密贴合，进而达到带压密封的效果，实现管道的堵漏。

本实施例的封堵机构，可在不拆卸管道、不影响管道内液体正常输送的情况下，对较小口径管道泄漏部位进行封堵，提高封堵效率，减小操作成本。

本实施例中，所述牙嵌离合器液压马达、卡盘液压马达、行走机构、机械臂均与安装在行走机构上的控制系统连接，能够由控制系统控制其工作，无需工作人员靠近管道手动操作，工作效率高，且避免了管道泄漏对工作人员造成的人身安全威胁。

实施例2：

本实施例公开了一种实施例1所述的管道堵漏机器人的工作方法：如图20所示，预先将卡盘机构与封堵机构进行锁紧固定，具体的，将环形筒套在卡盘卡圈内部，卡盘液压马达驱动卡盘转动，收入凹槽内部的卡盘连杆转动至凹槽外部，卡盘卡轴伸出至环形筒外部，卡盘卡轴伸入卡盘卡圈的卡槽中，第一离合器部和第二离合器部的第一齿盘部和第二齿盘部相啮合，完成卡盘机构封堵机构的固定，行走机构带动卡盘机构、封堵机构和机械臂运动至设定位置，机械臂带动卡盘机构和封堵机构运动，使的待堵漏的管道位于张开的第一封堵板和第二封堵板之间，牙嵌离合器液压马达工作，第二离合器部带动蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动丝杠转动，在第一滑块和第二滑块的作用下，第一封堵板和第二封堵板闭合，夹紧管道，对管道进行堵漏，第一封堵板和第二封堵板夹紧管道堵漏完成后，卡盘液压马达工作，卡盘转动，卡盘连杆重新收入凹槽内，卡盘卡轴缩入环形筒的通孔中，此时封堵机构与卡盘机构解除锁紧固定状态，此时，封堵机构继续留在管道对管道进行封堵，行走机构可带动机械臂、卡盘机构回到初始位置，以备下一次管道堵漏工作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种管道堵漏机器人，其特征在于，包括行走机构，行走机构安装有机械臂，机械臂的末端安装有卡盘机构，卡盘机构能够与封堵机构可拆卸连接，卡盘机构包括托板，托板安装有卡合机构，封堵机构包括连接在固定板且能够张开和闭合的封堵组件，托板能够通过卡合机构实现与固定板锁紧或松开状态的切换，封堵组件能够通过传动机构与设置在托板的封堵驱动件连接。

2.如权利要求1所述的一种管道堵漏机器人，其特征在于，所述卡合机构包括卡盘，所述卡盘与固定在托板的卡盘驱动件连接，卡盘边缘与多个卡盘连杆的一端铰接，卡盘连杆的另一端与卡盘卡轴的端部铰接，所述卡盘卡轴穿过固定在托板的环形筒，卡盘卡轴与环形筒滑动连接。

3.如权利要求2所述的一种管道堵漏机器人，其特征在于，所述固定板设有卡盘卡圈，所述卡盘卡圈设有与所述卡盘卡槽相匹配的卡槽，卡盘卡轴能够伸入所述卡槽中，实现卡合机构与固定板的锁紧固定。

4.如权利要求2所述的一种管道堵漏机器人，其特征在于，所述卡盘驱动件与机械臂的末端连接，实现卡盘机构与机械臂末端的连接。

5.如权利要求1所述的一种管道堵漏机器人，其特征在于，所述封堵组件包括与待堵漏管道相匹配的第一封堵板和第二封堵板，第一封堵板和第二封堵板的两端均固定有第一连接板，所述第一连接板与固定板转动连接。

6.如权利要求5所述的一种管道堵漏机器人，其特征在于，所述第一封堵板和第二封堵板相对的端面边缘设有密封条。

7.如权利要求5所述的一种管道堵漏机器人，其特征在于，所述传动机构包括能够与封堵驱动件连接的蜗杆，所述蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与丝杠固定连接，丝杠位于蜗轮两侧的部分分别连接有第一滑块和第二滑块，第一滑块与第二连接板的一端铰接，第二连接板另一端与第一封堵板固定，第二滑块与第三连接板的一端铰接，第三连接板的另一端与第二封堵板固定，第一滑块和第二滑块所在的丝杠部分旋向相反。

8.如权利要求1所述的一种管道堵漏机器人，其特征在于，所述封堵驱动件能够通过牙嵌式离合器与传动机构连接。

9.如权利要求1所述的一种管道堵漏机器人，其特征在于，所述行走机构采用履带式行走机构。

10.一种权利要求1-9任一项所述的管道堵漏机器人的工作方法，其特征在于，托板通过卡合机构与固定板锁紧固定，行走机构和机械臂带动卡盘机构和封堵机构运动至设定位置，驱动件通过传动机构带动封堵组件由张开状态运动至闭合状态，夹紧管道对管道进行封堵，封堵完成后，卡合机构工作，与固定板切换至松开状态，卡盘机构在机械臂的带动下与封堵机构脱离。

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