CN111895220B - 用于管道探伤的管内爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于管道探伤的管内爬行机器人，该机器人包括前支撑部、后支撑部以及伸缩部；前、后支撑部分别包括：支撑电机、支撑电机座、支撑丝杠、支撑螺母，支撑电机座的周向上均匀分布有至少两个与其相铰接的第一支撑臂，支撑螺母的周向上铰接有与第一支撑臂数目相同的第二支撑臂，每个第一支撑臂与相对应的第二支撑臂共同铰接于支撑脚，支撑脚包括外壳和滚球，滚球设置在外壳上；伸缩部包括：伸缩电机、伸缩电机座、伸缩丝杠、伸缩螺母、第一伸缩臂、第二伸缩臂，每个第一伸缩臂与相对应的第二伸缩臂共同铰接于伸缩脚；支撑电机与伸缩脚一一对应连接。通过本申请提供的技术方案，能够解决现有技术中的结构复杂、故障率高的问题。

Description

用于管道探伤的管内爬行机器人

技术领域

本发明涉及超声波无损探伤设备设施技术领域，具体而言，涉及一种用于管道探伤的管内爬行机器人。

背景技术

在石油化工领域常常需要对管道进行探伤，以探测管道内部的裂纹或缺陷，而大量的管道埋于地下，探伤过程中无法将管道全部挖掘出来进行检测，因此就需要使用管内爬行机器人携带探伤设备进入到管道内部，以对管道进行探伤。

但是，现有技术的管内爬行机器人的运动结构较为复杂，且由于石油化工管道内环境较为恶劣，管道壁常常附着化工原料残留物、杂质、油渍，甚至具有粘稠性或者腐蚀性的物质，这些物质会频繁地造成爬行机器人发生故障。因此，现有技术中的管内爬行机器人存在结构复杂、故障率高的问题。

发明内容

本发明提供一种用于管道探伤的管内爬行机器人，以解决现有技术中的结构复杂、故障率高的问题。

发明提供了一种用于管道探伤的管内爬行机器人，管内爬行机器人包括前支撑部、后支撑部以及连接前支撑部与后支撑部的伸缩部；前支撑部和后支撑部分别包括：支撑电机、安装支撑电机的支撑电机座、与支撑电机的动力输出端相连的支撑丝杠、安装于支撑丝杠上的支撑螺母，支撑电机座的周向上均匀分布有至少两个与其相铰接的第一支撑臂，支撑螺母的周向上铰接有与第一支撑臂数目相同的第二支撑臂，每个第一支撑臂与相对应的第二支撑臂共同铰接于支撑脚，支撑脚包括外壳和滚球，滚球设置在外壳上；伸缩部包括：伸缩电机、安装伸缩电机的伸缩电机座、与伸缩电机的动力输出端相连的伸缩丝杠、安装于伸缩丝杠上的伸缩螺母，伸缩电机座的周向上均匀分布有两个与其相铰接的第一伸缩臂，伸缩螺母的周向上铰接有两个第二伸缩臂，每个第一伸缩臂与相对应的第二伸缩臂共同铰接于伸缩脚；支撑电机与伸缩脚一一对应连接。

进一步地，每个支撑电机座的周向上铰接有4～6个第一支撑臂。

进一步地，第一支撑臂与第二支撑臂通过分别设置于第一支撑臂与第二支撑臂端部的第一齿与第二齿相互啮合。

进一步地，第一支撑臂与第二支撑臂分别包括两个平行设置的支撑板，两个支撑板之间通过连接横板相固定。

进一步地，外壳为圆筒状，外壳一端开放设置，另一端设置有底壳，底壳上固定有两个吊耳，吊耳用于通过连接轴与第一支撑臂和/或第二支撑臂相铰接；外壳内部设置有滚球座，滚球座内安装有滚球，滚球能够在滚球座内自由转动，并且滚球的一部分突出于滚球座；外壳内部还设置有压缩弹簧，压缩弹簧的一端顶住滚球座，压缩弹簧的另一端顶住底壳；支撑脚还包括导向杆，导向杆的第一端与滚球座连接，导向杆的第二端从底壳上的导向孔穿出，且导向杆的第二端上设置有限位挡块。

进一步地，在滚球的球面设置有若干容纳槽；在滚球座上设置有排液孔，排液孔的一端连通于滚球座上用于容纳滚球的圆形凹槽。

进一步地，外壳的朝向管道内壁的一端为开放端，开放端的端面为锥形面。

进一步地，外壳为圆筒状，外壳一端设置有顶壳，另一端设置有底壳，在顶壳的周向上均匀设置有若干滚球，并且每个滚球的一部分突出于顶壳的顶面；外壳内设置有一圆形板，圆形板的一端面上固定有支撑柱，另一端面固定有两个吊耳，支撑柱穿过顶壳上开设的孔，两个吊耳分别穿过开设于底壳上的槽，吊耳用于通过连接轴与第一支撑臂和/或第二支撑臂相铰接；圆形板与顶壳之间设置有压缩弹簧，压缩弹簧一端顶住顶壳，另一端顶住圆形板。

进一步地，在滚球的球面设置有若干容纳槽；在顶壳上设置有多个排液孔，每个排液孔的一端连通于用于容纳滚球的圆形凹槽。

应用本发明的技术方案，该用于管道探伤的管内爬行机器人包括前支撑部、后支撑部以及连接前支撑部与后支撑部的伸缩部。其中，前支撑部和后支撑部分别包括支撑电机、支撑电机座、支撑丝杠、支撑螺母、第一支撑臂、第二支撑臂以及支撑脚，伸缩部包括伸缩电机、伸缩电机座、伸缩丝杠、伸缩螺母、第一伸缩臂、第二伸缩臂以及伸缩脚。采用上述结构，利用简单的丝杠螺母传动方式以及简单的连杆机构，使前支撑部与后支撑部的支撑脚交替顶紧管道内壁，并利用伸缩部控制机器人的收缩和伸长，就可以使机器人实现跨越管道内壁上附着的杂质。并且，该机器人不涉及到复杂的机械结构以及控制电路，具有结构简单的优点，可以降低机器人的故障率。

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发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例一提供的管内爬行机器人的结构示意图；

图2示出了图1中的第一支撑臂与第二支撑臂的结构示意图；

图3示出了图1中的支撑脚处于支撑状态的结构示意图；

图4示出了图1中的支撑脚处于移动状态的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例二提供的管内爬行机器人的结构示意图；

图6示出了图5的左视图；

图7示出了图5中的支撑脚处于支撑状态的结构示意图；

图8示出了图5中的支撑脚处于移动状态的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、前支撑部；2、后支撑部；3、伸缩部；

11、支撑电机；12、支撑电机座；13、支撑丝杠；14、支撑螺母；

15、第一支撑臂；150、支撑板；150a、连接横板；151、第一齿；152、铰接轴孔；

16、第二支撑臂；161、第二齿；

17、支撑脚；171、外壳；171a、锥形面；172、底壳；172a、导向孔；172b、槽；173、吊耳；174、连接轴；175、滚球座；175a、排液孔；175b、圆形凹槽；176、滚球；176a、容纳槽；177、导向杆；177a、限位挡块；178、顶壳；178a、孔；178b、排液孔；178c、圆形凹槽；179、支撑柱；

180、压缩弹簧；

21、伸缩电机；22、伸缩电机座；23、伸缩丝杠；24、伸缩螺母；25、第一伸缩臂；26、第二伸缩臂；27、伸缩脚；

100、管道内壁。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

如图1至图4所示，根据本发明的实施例一提供了一种用于管道探伤的管内爬行机器人，该机器人包括前支撑部1、后支撑部2以及连接前支撑部1与后支撑部2的伸缩部3。其中，前支撑部1和后支撑部2分别包括：支撑电机11、安装支撑电机11的支撑电机座12、与支撑电机11的动力输出端相连的支撑丝杠13、安装于支撑丝杠13上的支撑螺母14。具体的，支撑电机座12的周向上均匀分布有至少两个与其相铰接的第一支撑臂15，支撑螺母14的周向上铰接有与第一支撑臂15数目相同的第二支撑臂16，每个第一支撑臂15与相对应的第二支撑臂16共同铰接于支撑脚17。其中，支撑脚17包括外壳171和滚球176，滚球176设置在外壳171上，通过设置滚球176能够降低机器人移动时支撑脚17与管道内壁100的摩擦力。在本实施例中，支撑电机座12的周向上均匀分布有两个与其相铰接的第一支撑臂15。其中，伸缩部3包括伸缩电机21、安装伸缩电机21的伸缩电机座22、与伸缩电机21的动力输出端相连的伸缩丝杠23、安装于伸缩丝杠23上的伸缩螺母24，伸缩电机座22的周向上均匀分布有两个与其相铰接的第一伸缩臂25，伸缩螺母24的周向上铰接有两个第二伸缩臂26，每个第一伸缩臂25与相对应的第二伸缩臂26共同铰接于伸缩脚27。通过将支撑电机11与伸缩脚27一一对应连接，可以实现前支撑部1和后支撑部2与伸缩部3的驱动连接。

应用本实施例提供的机器人，该机器人包括前支撑部1、后支撑部2以及伸缩部3。其中，前支撑部1、后支撑部2以及伸缩部3均采用简单的丝杠螺母传动方式以及简单的连杆机构。当需要利用机器人携带探伤设备进入到管道内部对管道进行探伤时，通过控制前支撑部1与后支撑部2的支撑脚17交替顶紧管道内壁，并利用伸缩部3控制机器人的收缩和伸长，就可以实现机器人跨越管道内壁上附着的杂质在管道内爬行。采用上述结构，该机器人具有结构简单、生产成本低廉以及生产方便的优点，可以降低机器人在管道内进行探伤时的故障率，保证管道无损探伤的正常进行。

在其他实施例中，每个支撑电机座12的周向上可以铰接4～6个第一支撑臂15，以提升机器人在管道内的稳定性。

如图2所示，第一支撑臂15与第二支撑臂16通过分别设置于第一支撑臂15与第二支撑臂16端部的第一齿151与第二齿161相互啮合，从而实现第一支撑臂15与第二支撑臂16能够实现联动，增加结构稳定性。

具体的，第一支撑臂15与第二支撑臂16分别包括两个平行设置的支撑板150，两个支撑板150之间通过连接横板150a相固定。其中，连接横板150a可以设置多个，以进一步提升结构稳定性。并且，每个支撑板150的铰接端均设置有铰接轴孔152，可以通过铰接轴孔152将第一支撑臂15与第二支撑臂16与支撑脚17进行连接。

如图3和图4所示，支撑脚17的外壳171为圆筒状，外壳171一端开放设置，另一端设置有底壳172，底壳172上固定有两个吊耳173，吊耳173用于通过连接轴174与第一支撑臂15和/或第二支撑臂16相铰接。其中，在外壳171内部设置有滚球座175，滚球座175内安装有滚球176，滚球176能够在滚球座175内自由转动，并且滚球176的一部分突出于滚球座175，以使滚球176能够与管道内壁100相接触，以降低机器人在管道内爬行时的摩擦力。并且，在外壳171内部还设置有压缩弹簧180，压缩弹簧180的一端顶住滚球座175，压缩弹簧180的另一端顶住底壳172，压缩弹簧180处于压缩状态，以对滚球座175施加弹性力。具体的，支撑脚17还包括导向杆177，导向杆177的第一端与滚球座175连接，导向杆177的第二端从底壳172上的导向孔172a穿出，且导向杆177的第二端上设置有限位挡块177a，以限制导向杆177通外壳171内脱离。

在本实施例中，支撑脚17具有支撑状态和移动状态，当支撑脚17处于支撑状态时，外壳171的顶部和滚球176同时与管道内壁100相接触，以限制支撑脚17与管道内壁100的相对位置，当支撑脚17处于移动状态时，只有滚球176与管道内壁100相接触，此时支撑脚17可以相对管道内壁100移动。

具体的，在滚球176的球面设置有若干容纳槽176a，在滚球座175上设置有排液孔175a。其中，排液孔175a的一端连通于滚球座175上用于容纳滚球176的圆形凹槽175b。

通过容纳槽176a能够在滚球176接触管道内壁100后容纳附着于管道内壁100上的流体(例如水或者油)，并使流体从容纳槽176a经排液孔175a从圆形凹槽175b内排出，以防止这些流体在滚球座175b内阻塞滚球176的转动。

其中，外壳171的朝向管道内壁100的一端为开放端，开放端的端面为锥形面171a。具体的，外壳171的开放端的孔径由朝向管道内壁100的方向逐渐变大。

采用上述结构的支撑脚17，当第一支撑臂15或第二支撑臂16支撑并顶住吊耳173时，外壳171受力会顶紧管道内壁100，此时支撑脚17处于支撑状态，支撑脚17无法相对管道内壁100进行位移。当第一支撑臂15或第二支撑臂16对吊耳173的支撑力释放后，外壳171失去朝向管道内壁100的推力，则外壳171与滚球座175之间受到压缩弹簧180的作用而使滚球176顶在管道内壁100上并且外壳171脱离管道内壁100，从而当机器人移动时，滚球176可以在管道内壁100上滚动，便于机器人的整体移动。

采用本实施例提供的机器人，在使用机器人对管道进行探伤时，首先利用后支撑部2中的支撑电机11驱动支撑丝杠13转动使支撑电机座12靠近支撑螺母14，此时后支撑部2的第一支撑臂15与第二支撑臂16的夹角减小，从而使后支撑部2的支撑脚17向外支出顶在管道内壁100上并顶紧；此时启动伸缩部3的伸缩电机21，使伸缩电机21带动伸缩丝杠23转动，以使伸缩电机21靠近伸缩螺母24，此时两个伸缩脚27远离从而使前支撑部1整体向前移动；然后前支撑部1中的支撑电机11驱动支撑丝杠13转动使支撑电机座12靠近支撑螺母14，此时前支撑部1的第一支撑臂15与第二支撑臂16的夹角减小，从而使前支撑部1的支撑脚17向外支出顶在管道内壁100上并顶紧；然后启动后支撑部2中的支撑电机11驱动支撑丝杠13转动使支撑电机座12远离支撑螺母14，此时后支撑部2的第一支撑臂15与第二支撑臂16的夹角增大，从而使后支撑部2的支撑脚17向内收回脱离管道内壁100；而后再通过伸缩部3使后支撑部2靠近前支撑部1，就可以实现机器人向前爬行。

如图5至图8所示，根据本发明的实施例二提供了一种用于管道探伤的管内爬行机器人，本实施例与实施例一的区别在于，每个支撑电机座12的周向上铰接有4个第一支撑臂15，与之相对应地，每个支撑螺母14上也铰接有4个第二支撑臂16，从而使前、后支撑部分别具有4个支撑脚17，能够稳定地顶紧管道内壁100。

当然，每个支撑电机座的周向上还可以铰接有3或5或6个第一支撑臂，也可以其他数字。

在本实施例中，支撑脚17的外壳171为圆筒状，外壳171一端设置有顶壳178，另一端设置有底壳172，在顶壳178的周向上均匀设置有若干滚球176，并且每个滚球176的一部分突出于顶壳178的顶面，以使滚球176可以与管道内壁100相抵接。在外壳171内设置有一圆形板，圆形板的一端面上固定有支撑柱179，另一端面固定有两个吊耳173，支撑柱179穿过顶壳178上开设的孔178a，两个吊耳173分别穿过开设于底壳172上的槽172b，吊耳173用于通过连接轴174与第一支撑臂15和/或第二支撑臂16相铰接。圆形板与顶壳178之间设置有压缩弹簧180，压缩弹簧180一端顶住顶壳178，另一端顶住圆形板。当然，也可将实施例二中的支撑脚结构应用在实施例一中，以替换实施例一中的支撑架结构。

具体的，在滚球176的球面设置有若干容纳槽176a，在顶壳178上设置有多个排液孔178b，每个排液孔178b的一端连通于用于容纳滚球176的圆形凹槽178c。

通过本发明实施例提供的装置，具有结构简单、成本低廉以及生产方便的优点。通过简单的丝杠螺母传动方式，再通过简单的连杆机构实现机器人顶紧管道壁以及机器人的收缩和伸长，因此能够轻松跨越管道内壁上附着的杂质，并且机器人不涉及到复杂的机械结构以及控制电路，因此不易出现故障，降低装置的故障率，保证管道无损探伤的正常进行。

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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于管道探伤的管内爬行机器人，其特征在于，所述管内爬行机器人包括前支撑部(1)、后支撑部(2)以及连接所述前支撑部(1)与后支撑部(2)的伸缩部(3)；

所述前支撑部(1)和后支撑部(2)分别包括：支撑电机(11)、安装所述支撑电机(11)的支撑电机座(12)、与所述支撑电机(11)的动力输出端相连的支撑丝杠(13)、安装于所述支撑丝杠(13)上的支撑螺母(14)，所述支撑电机座(12)的周向上均匀分布有至少两个与其相铰接的第一支撑臂(15)，所述支撑螺母(14)的周向上铰接有与所述第一支撑臂(15)数目相同的第二支撑臂(16)，每个所述第一支撑臂(15)与相对应的所述第二支撑臂(16)共同铰接于支撑脚(17)，所述支撑脚(17)包括外壳(171)和滚球(176)，所述滚球(176)设置在所述外壳(171)上；

所述伸缩部(3)包括：伸缩电机(21)、安装所述伸缩电机(21)的伸缩电机座(22)、与所述伸缩电机(21)的动力输出端相连的伸缩丝杠(23)、安装于所述伸缩丝杠(23)上的伸缩螺母(24)，所述伸缩电机座(22)的周向上均匀分布有两个与其相铰接的第一伸缩臂(25)，所述伸缩螺母(24)的周向上铰接有两个第二伸缩臂(26)，每个所述第一伸缩臂(25)与相对应的所述第二伸缩臂(26)共同铰接于伸缩脚(27)；

所述支撑电机(11)与所述伸缩脚(27)一一对应连接；

所述外壳(171)为圆筒状，所述外壳(171)一端开放设置，另一端设置有底壳(172)，所述底壳(172)上固定有两个吊耳(173)，所述吊耳(173)用于通过连接轴(174)与所述第一支撑臂(15)和/或所述第二支撑臂(16)相铰接；所述外壳(171)内部设置有滚球座(175)，所述滚球座(175)内安装有所述滚球(176)，所述滚球(176)能够在所述滚球座(175)内自由转动，并且所述滚球(176)的一部分突出于所述滚球座(175)；所述外壳(171)内部还设置有压缩弹簧(180)，所述压缩弹簧(180)的一端顶住所述滚球座(175)，所述压缩弹簧(180)的另一端顶住所述底壳(172)；所述支撑脚(17)还包括导向杆(177)，所述导向杆(177)的第一端与所述滚球座(175)连接，所述导向杆(177)的第二端从所述底壳(172)上的导向孔(172a)穿出，且所述导向杆(177)的第二端上设置有限位挡块(177a)；

在所述滚球(176)的球面设置有若干容纳槽(176a)；在所述滚球座(175)上设置有排液孔(175a)，所述排液孔(175a)的一端连通于滚球座(175)上用于容纳所述滚球(176)的圆形凹槽(175b)。

2.根据权利要求1所述的用于管道探伤的管内爬行机器人，其特征在于，每个所述支撑电机座(12)的周向上铰接有4～6个第一支撑臂(15)。

3.根据权利要求1所述的用于管道探伤的管内爬行机器人，其特征在于，所述第一支撑臂(15)与所述第二支撑臂(16)通过分别设置于所述第一支撑臂(15)与所述第二支撑臂(16)端部的第一齿(151)与第二齿(161)相互啮合。

4.根据权利要求1所述的用于管道探伤的管内爬行机器人，其特征在于，所述第一支撑臂(15)与所述第二支撑臂(16)分别包括两个平行设置的支撑板(150)，两个支撑板(150)之间通过连接横板(150a)相固定。

5.根据权利要求1所述的用于管道探伤的管内爬行机器人，其特征在于，所述外壳(171)的朝向管道内壁(100)的一端为开放端，所述开放端的端面为锥形面(171a)。

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