CN113357482A - 一种柔性驱动的主动转向型管道机器人 - Google Patents

一种柔性驱动的主动转向型管道机器人 Download PDF

Info

Publication number
CN113357482A
CN113357482A CN202110867597.XA CN202110867597A CN113357482A CN 113357482 A CN113357482 A CN 113357482A CN 202110867597 A CN202110867597 A CN 202110867597A CN 113357482 A CN113357482 A CN 113357482A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flexible
module
pipeline robot
flexible telescopic
telescopic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110867597.XA
Other languages
English (en)
Inventor
吴俊然
房德磊
张峻霞
韩智敏
栾慎涛
吴永豪
张帅
温文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University of Science and Technology
Original Assignee
Tianjin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University of Science and Technology filed Critical Tianjin University of Science and Technology
Priority to CN202110867597.XA priority Critical patent/CN113357482A/zh
Publication of CN113357482A publication Critical patent/CN113357482A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26—Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28—Constructional aspects
    • F16L55/40—Constructional aspects of the body
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26—Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28—Constructional aspects
    • F16L55/30—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables
    • F16L55/32—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables being self-contained
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L2101/00—Uses or applications of pigs or moles
    • F16L2101/10—Treating the inside of pipes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明涉及管道机器人技术领域，特别是一种柔性驱动的主动转向型管道机器人，包括至少一个柔性伸缩模块以及沿柔性伸缩模块长度方向两端布置的两个柔性支撑模块。一个柔性伸缩模块包含三个柔性伸缩体、三个复位弹簧，通过三个柔性伸缩体与三个复位弹簧的不同收缩与伸长状态，实现柔性伸缩模块不同的弯曲状态，从而实现管道机器人不同的转向效果。通过结合两端柔性支撑模块的规律性膨胀与收缩，最终实现管道机器人自主转向移动。本发明能够在管道内壁不规则、内径变化的中小型管道内自主转向移动，具备良好的牵引能力、管道适应能力以及弯管通过能力。

Description

一种柔性驱动的主动转向型管道机器人
技术领域
本发明涉及管道机器人技术领域，特别是一种柔性驱动的主动转向型管道机器人。
背景技术
在科技高速发展的现代社会，各种各样管道的应用越来越多，辅助管道钻进、检测以及维修的管道机器人的应用也愈加广泛。目前，中小型管道呈现弯道多、管内径变化等现象，现有管道机器人大多存在牵引能力不足、管道适应性不强以及弯管通过能力不足等问题。
现有中小型管道机器人大多采用电机驱动，其输出功率有限，牵引能力较小；在运动形式上，主要以轮式为主，通过驱动轮与管内壁产生静摩擦力，驱动机器人前进，由于驱动轮接触面积有限，造成输出动力有限。同时，轮式管道机器人要求管道内壁规则，当遇到接触面不平整或者有障碍物的情况，运动效率严重下降。伸缩式管道机器人具备良好的跨障优势，然而，大部分不适应中小型管道存在的弯曲结构与变管径情况，现有伸缩式管道机器人刚性支撑结构、刚性伸缩结构，容易造成机器人与管道内壁碰撞，不仅破坏管壁，还会降低作业效率。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提出了一种柔性驱动的主动转向型管道机器人，本发明通过流体驱动、柔性支撑与柔性伸缩，使机器人能够在内壁不规则、内径变化的中小型管道内自主转向移动，具备良好的牵引能力、管道适应能力以及弯管通过能力。
具体技术方案如下：
一种柔性驱动的主动转向型管道机器人，包括至少一个柔性伸缩模块以及沿柔性伸缩模块长度方向两端布置的两个柔性支撑模块。所述柔性支撑模块通过膨胀与收缩，完成管道内壁支撑与脱离，所述柔性伸缩模块通过收缩与复位，最终完成管道机器人自主转向移动。
优选地，所述柔性支撑模块包括柔性支撑端盖、锁紧钢带、锁紧螺钉、中心管、柔性支撑体、流体通道孔以及端盖连接螺钉孔。所述柔性支撑端盖是环形结构，同轴布置在柔性支撑体两侧。所述柔性支撑体内侧同轴配合柔性支撑端盖外圆，胶接密封。所述中心管同轴配合柔性支撑端盖内环，胶接密封。柔性支撑体与中心管形成环形腔，随着驱动流体进入与排出，实现柔性支撑模块膨胀与收缩。
优选地，所述柔性伸缩模块包括连接板、球铰链、弹簧卡座、复位弹簧、柔性伸缩体以及连接螺钉孔。所述柔性伸缩体，是具有弹性的细长型柔性腔体，随着驱动流体的进入与排出，柔性伸缩体可以沿其长度方向收缩与伸长。所述复位弹簧具有延展性，能够在收缩或者伸长后复位。柔性伸缩体与复位弹簧布置在两连接板之间，柔性伸缩体两端分别连接球铰链，两球铰链底座分别固定在连接板；复位弹簧两端分别连接弹簧卡座，弹簧卡座固连在连接板。
优选地，所述一个柔性伸缩模块包含三个柔性伸缩体、三个复位弹簧，复位弹簧与柔性伸缩体相对于管道机器人周向均匀相间分布，任意两者之间夹角为60度。
优选地，所述柔性伸缩体随着驱动流体的进入实现其长度方向收缩，通过柔性伸缩体不同收缩状态，实现柔性伸缩模块弯曲状态，实现管道机器人自主转向效果。
优选地，所述复位弹簧用于柔性伸缩体收缩后伸长复位，实现柔性伸缩模块状态复原。
优选地，控制不同柔性伸缩体不同伸缩程度，实现管道机器人自主转向，结合两端柔性支撑模块的膨胀与收缩，实现机器人在管内的移动。
优选地，所述管道机器人增加一个柔性伸缩模块，即增加三个柔性伸缩体以及三个复位弹簧；增加柔性支撑模块，机器人弯道通过性能与牵引性能增强。
本发明的柔性主动转向型管道机器人具有如下优点：
1、输出牵引性能强。柔性伸缩模块由多个柔性伸缩体组成，选择参与动力供给的柔性伸缩体数量，实现机器人不同牵引力输出；同时，可以根据实际需求，增加机器人串联柔性伸缩模块数量，成倍提升机器人输出性能。2、可实现自主转向。根据管道弯曲程度以及内壁结构变化，通过柔性伸缩模块中各个柔性伸缩体的状态组合，改变柔性伸缩模块形态，从而控制管道机器人运动状态，完成机器人在管内移动时的主动转向动作。3、管内适应性能好。管道机器人多柔性体串联，柔性支撑模块保证机器人支撑不同管径以及不同形状管内壁，提供强大静摩擦力，保证牵引力输出；柔性伸缩模块进一步提升了机器人对于复杂多变管内壁的适应，通过自主转向提升其在不同结构中的管道通过能力。
附图说明
图1是本发明实施例的管道机器人整体结构示意图。
图2是本发明实施例柔性支撑模块立体结构示意图。
图3是本发明实施例柔性伸缩模块立体结构示意图。
图4是本发明实施例的管道机器人移动过程原理图。
图5是本发明实施例在弯曲管道内移动示意图。
图6是本发明多柔性伸缩模块在管道内移动示意图。
图例说明：1、柔性支撑模块；2、柔性伸缩模块；3、连接螺钉；11、柔性支撑端盖；12、锁紧钢带；13、锁紧螺钉；14、中心管；15、柔性支撑体；111流体通道孔；112、端盖连接螺钉孔；21、连接板；22、球铰链；23、弹簧卡座；24、复位弹簧；25、柔性伸缩体；211、连接螺钉孔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例说明本发明的详细实施方式。
如图1-3所示，本实例柔性驱动的主动转向型管道机器人，包括柔性伸缩模块2以及沿柔性伸缩模块2长度方向两端布置的两个柔性支撑模块1。柔性支撑模块1与柔性伸缩模块2之间通过连接螺钉固连。柔性支撑模块1通过柔性支撑体15的膨胀与收缩，完成管内壁支撑与脱离，与之配合，柔性伸缩模块2通过柔性伸缩体25与复位弹簧24的收缩与复位，最终完成管道机器人移动。
本实例中，柔性支撑模块1包括两个环形结构的柔性支撑端盖11，分别同轴布置在柔性支撑体15的两侧，柔性支撑体15内圆与柔性支撑端盖11外圆胶接，具有良好的密封性，通过锁紧钢带12与锁紧螺钉13配合锁紧固定。柔性支撑体15，选用良好的弹性材料，可以实现膨胀和收缩。柔性支撑端盖11内环与中心管配合，中心管同轴配合两个柔性支撑端盖11内环，胶接密封。柔性支撑体15与中心管形成环形腔体，驱动流体通过流体通道孔111进入或排出时，实现柔性支撑模块1膨胀或收缩。
本实例中，柔性伸缩模块2包括柔性伸缩体25，是具有弹性的细长型柔性腔体，随着驱动流体的进入与排出，柔性伸缩体25可以沿其长度方向收缩与伸长。复位弹簧24具有延展性，并且能够在收缩或者伸长之后实现快速复位。在柔性伸缩模块2中，柔性伸缩体25与复位弹簧24布置在两连接板21之间，柔性伸缩体25两端分别连接球铰链22，两球铰链22底座分别固定在连接板21；复位弹簧24两端分别连接弹簧卡座23，弹簧卡座23固连在连接板21。
本实例中，柔性伸缩模块2包含三个柔性伸缩体25、三个复位弹簧24，复位弹簧24与柔性伸缩体25相对于管道机器人径向均匀相间分布，任意两者之间的夹角为60度。
具体工作流程：
参见图4，选定管道机器人向右移动为正方向。
工作步1，假设初始状态为图4(一)所示，柔性支撑模块1-a、柔性伸缩模块2以及柔性支撑模块1-b均处于收缩状态，机器人静止不动；
工作步2，如图4(二)所示，由于驱动流体的进入，柔性支撑模块1-a中柔性支撑体15膨胀，锁止管道内壁；随后，柔性伸缩模块2中柔性伸缩体25内进入驱动流体升压，造成其长度方向收缩，产生作用力拖拽柔性支撑模块1-b向前移动距离s；
工作步3，如图4(三)所示，驱动流体进入柔性支撑模块1-b中，其柔性支撑体15膨胀，锁止管道内壁；柔性伸缩模块2中柔性伸缩体25内驱动流体泄压，此时，被压缩的复位弹簧24由于弹簧力作用复位，推动柔性伸缩体25伸长复位，同时推动柔性支撑模块1-a向前移动；
工作步4，如图4(四)所示，复位弹簧24恢复原长，柔性支撑模块1-a再次膨胀，锁止管道内壁；柔性伸缩模块2中柔性伸缩体25再次进入驱动流体升压，造成其长度方向收缩，产生作用力拖拽柔性支撑模块1-b向前移动距离s；
重复工作步2-4，管道机器人实现连续向前移动。
参见图5，当管道机器人遇到图中弯管道情况，控制柔性伸缩体25不同的伸缩程度，即柔性伸缩体25-I收缩程度最大，柔性伸缩体25-II收缩程度次之，柔性伸缩体25-III收缩程度最小，实现管道机器人在图中弯管道的自主转向。
参见图6，管道机器人通过串联多柔性伸缩模块，增强其性能。串联两个柔性伸缩模块，机器人相当于六个柔性伸缩体25以及六个复位弹簧24共同拖拽和转向；若继续增加柔性支撑模块，机器人弯道通过性能与牵引性能继续增强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种柔性驱动的主动转向型管道机器人，其特征在于：包括至少一个柔性伸缩模块以及沿柔性伸缩模块长度方向两端布置的两个柔性支撑模块。所述柔性支撑模块通过膨胀与收缩，完成管道内壁支撑与脱离，所述柔性伸缩模块通过收缩与复位，最终完成管道机器人自主转向移动。
2.根据权利要求1所述的柔性驱动的主动转向型管道机器人，其特征在于：所述柔性支撑模块包括柔性支撑端盖、锁紧钢带、锁紧螺钉、中心管、柔性支撑体、流体通道孔以及端盖连接螺钉孔。所述柔性支撑端盖是环形结构，同轴布置在柔性支撑体两端。所述柔性支撑体内侧同轴配合柔性支撑端盖外圆，胶接密封。所述中心管同轴配合柔性支撑端盖内环，胶接密封。柔性支撑体与中心管形成环形腔，随着驱动流体进入与排出，实现柔性支撑模块膨胀与收缩。
3.根据权利要求1所述的柔性驱动的主动转向型管道机器人，其特征在于：所述柔性伸缩模块包括连接板、球铰链、弹簧卡座、复位弹簧、柔性伸缩体以及连接螺钉孔。所述柔性伸缩体，是具有弹性的细长型柔性腔体，随着驱动流体的进入与排出，柔性伸缩体可以沿其长度方向收缩与伸长。所述复位弹簧具有延展性，能够在收缩或者伸长后复位。柔性伸缩体与复位弹簧布置在两连接板之间，柔性伸缩体两端分别连接球铰链，两球铰链底座分别固定在连接板；复位弹簧两端分别连接弹簧卡座，弹簧卡座固连在连接板。
4.根据权利要求1所述的柔性驱动的主动转向型管道机器人，其特征在于：所述一个柔性伸缩模块包含三个柔性伸缩体、三个复位弹簧，复位弹簧与柔性伸缩体相对于管道机器人周向均匀相间分布，任意两者之间夹角为60度。
5.根据权利要求1所述的柔性驱动的主动转向型管道机器人，其特征在于：所述柔性伸缩体随着驱动流体的进入实现其长度方向收缩，通过柔性伸缩体不同收缩状态，实现柔性伸缩模块弯曲状态，实现管道机器人自主转向效果。
6.根据权利要求1所述的柔性驱动的主动转向型管道机器人，其特征在于：所述复位弹簧用于柔性伸缩体收缩后伸长复位，实现柔性伸缩模块状态复原。
7.根据权利要求1所述的柔性驱动的主动转向型管道机器人，其特征在于：控制不同柔性伸缩体不同伸缩程度，实现管道机器人自主转向，结合两端柔性支撑模块的膨胀与收缩，实现机器人在管内的移动。
8.根据权利要求1所述的柔性驱动的主动转向型管道机器人，其特征在于：所述管道机器人增加一个柔性伸缩模块，即增加三个柔性伸缩体以及三个复位弹簧；增加柔性支撑模块，机器人弯道通过性能与牵引性能增强。
CN202110867597.XA 2021-07-30 2021-07-30 一种柔性驱动的主动转向型管道机器人 Pending CN113357482A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110867597.XA CN113357482A (zh) 2021-07-30 2021-07-30 一种柔性驱动的主动转向型管道机器人

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110867597.XA CN113357482A (zh) 2021-07-30 2021-07-30 一种柔性驱动的主动转向型管道机器人

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113357482A true CN113357482A (zh) 2021-09-07

Family

ID=77540674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110867597.XA Pending CN113357482A (zh) 2021-07-30 2021-07-30 一种柔性驱动的主动转向型管道机器人

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113357482A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114754295A (zh) * 2022-04-08 2022-07-15 洛阳师范学院 一种用于管道内壁检测的智能机器人
CN115370868A (zh) * 2022-07-13 2022-11-22 常州工学院 一种适用于不规则管道的变构机器人

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015003257U1 (de) * 2015-05-06 2015-08-19 Ibg Hydro Tech Gmbh Inliner-Beleuchtungsvorrichtung
CN204893948U (zh) * 2015-07-17 2015-12-23 苑雪山 柔性气动肌肉及柔性机器人
CN107606383A (zh) * 2017-11-01 2018-01-19 齐鲁工业大学 一种单作用气动锁止式柔性管内机器人及其工作方法
CN108652570A (zh) * 2018-05-18 2018-10-16 清华大学 自主推进型软体机器人主体
WO2018205920A1 (zh) * 2017-05-11 2018-11-15 中国矿业大学 全强支撑型单驱双向蠕行式管道清理机器人
CN110388532A (zh) * 2019-07-25 2019-10-29 上海大学 一种核电站小口径管道检测用机器人
CN112828870A (zh) * 2021-03-02 2021-05-25 河北工业大学 一种用于管道的气动软体机器人
CN113007492A (zh) * 2021-03-04 2021-06-22 天津科技大学 一种刚柔融合的连续推进管道机器人

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015003257U1 (de) * 2015-05-06 2015-08-19 Ibg Hydro Tech Gmbh Inliner-Beleuchtungsvorrichtung
CN204893948U (zh) * 2015-07-17 2015-12-23 苑雪山 柔性气动肌肉及柔性机器人
WO2018205920A1 (zh) * 2017-05-11 2018-11-15 中国矿业大学 全强支撑型单驱双向蠕行式管道清理机器人
CN107606383A (zh) * 2017-11-01 2018-01-19 齐鲁工业大学 一种单作用气动锁止式柔性管内机器人及其工作方法
CN108652570A (zh) * 2018-05-18 2018-10-16 清华大学 自主推进型软体机器人主体
CN110388532A (zh) * 2019-07-25 2019-10-29 上海大学 一种核电站小口径管道检测用机器人
CN112828870A (zh) * 2021-03-02 2021-05-25 河北工业大学 一种用于管道的气动软体机器人
CN113007492A (zh) * 2021-03-04 2021-06-22 天津科技大学 一种刚柔融合的连续推进管道机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
滕晓艳; 江旭东; 马睿: "压差式管道机器人柔性多体系统流固耦合模型构建", 《农业工程学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114754295A (zh) * 2022-04-08 2022-07-15 洛阳师范学院 一种用于管道内壁检测的智能机器人
CN114754295B (zh) * 2022-04-08 2023-10-27 洛阳师范学院 一种用于管道内壁检测的智能机器人
CN115370868A (zh) * 2022-07-13 2022-11-22 常州工学院 一种适用于不规则管道的变构机器人

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113357482A (zh) 一种柔性驱动的主动转向型管道机器人
Jiao et al. Vacuum‐powered soft pneumatic twisting actuators to empower new capabilities for soft robots
CN108608420B (zh) 一种具有环纵肌结构的气动软体机器人
CN205363953U (zh) 一种气动绳控负荷型柔性机械臂
CN110206961B (zh) 一种管道机器人内封堵系统
Ismail et al. Development of in-pipe inspection robot: A review
AU2068899A (en) Surface-traversing vehicle
CN105757398A (zh) 基于气动肌腱气动管道机器人系统
CN110550121B (zh) 一种模块化地面爬行软体机器人
Qin et al. Design, fabrication and experimental analysis of a 3-d soft robotic snake
CN112828870A (zh) 一种用于管道的气动软体机器人
Watanabe et al. Soft sheet actuator generating traveling waves inspired by gastropod's locomotion
CN114161400A (zh) 气囊行进式蛇形爬行机器人
Tsukagoshi et al. Smooth creeping actuator by tip growth movement aiming for search and rescue operation
CN214643614U (zh) 一种用于管道的气动软体机器人
Han et al. Analysis of in-pipe inspection robot structure design
Onda et al. Pneumatic driven hollow variable stiffness mechanism aiming non-contact insertion of telescopic guide tubes
CN211729172U (zh) 四驱动气动单向弯曲关节
CN212203603U (zh) 一种串联型的模块化管道爬行软体机器人
CN113007492A (zh) 一种刚柔融合的连续推进管道机器人
CN112643692B (zh) 高环境适应的刚柔耦合移动机器人
CN115465377A (zh) 一种多步态的蚯蚓仿生软体机器人及工作方法
CN116175539A (zh) 一种可变刚度的气动软体驱动器
CN107990085B (zh) 多姿态可变径管道机器人
JPH01186462A (ja) 管路走行装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210907