CN113483195A - 管道机器人 - Google Patents

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刘蕾
吴玉
李兵
王雪竹
张美玲
余冰
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China Nuclear Power Institute Co Ltd
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China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种管道机器人，其包括：驱动装置、作业装置和摆臂装置，摆臂装置设有前摆动关节、后摆动关节，以及设置于前摆动关节和/或后摆动关节上的旋转关节，前摆动关节和后摆动关节分别设有对接部，驱动装置和作业装置分别对应设有接合部，摆臂装置通过对接部和接合部的对接连接驱动装置和作业装置。相对于现有技术，本发明管道机器人中，摆动关节和旋转关节可通过上位机的控制主动摆动和旋转，也可在管道机器人自身姿态的作用下自由摆动和旋转，管道机器人在管道中前进遇到支管时，可自主选择所要进入的支管口，适用于在90°的1.5D弯管、T型三通管道、空间S型弯管、连续变径管道等复杂的管道进行作业。

Description

管道机器人
技术领域
本发明属于机器人领域，更具体地说，本发明涉及一种管道机器人。
背景技术
在实际工作中，各种管道存在弯角、变径、或者布置方式水平或者竖直的各种工况，当管道内部出现裂纹、腐蚀，或者管道中存在异物时，为了查明管道内部的具体情况，通常需要采用管道机器人进入管道内部，通过管道机器人上携带的视频设备等对管道内部情况做详细的评估，再确定如何对管道内部进行修复工作。
现有的管道机器人可以在大部分管道内进行作业，但是，对于一些结构复杂的管道，如90°的1.5D弯管、T型三通管道、空间S型弯管、连续变径管道等，由于管道的空间限制，现有的管道机器人无法顺畅地行走和作业。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术中的至少一个技术缺陷，提供一种适管道机器人。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种管道机器人，其包括：驱动装置、作业装置和摆臂装置，所述摆臂装置设有前摆动关节、后摆动关节，以及设置于所述前摆动关节和/或所述后摆动关节上的旋转关节，所述前摆动关节和后摆动关节分别设有对接部，所述驱动装置和作业装置分别对应设有接合部，所述摆臂装置通过所述对接部和接合部的对接连接所述驱动装置和作业装置。
根据本发明管道机器人的一个实施方式，所述摆臂装置设有摆臂基体，所述前摆动关节、后摆动关节位于所述摆臂基体的两侧。
根据本发明管道机器人的一个实施方式，所述摆臂基体、前摆动关节和后摆动关节的外侧设有保护罩。
根据本发明管道机器人的一个实施方式，所述前摆动关节包括设有第一传动轴的第一电机和围绕所述第一传动轴设置的第一电磁离合器，所述后摆动关节包括设有第二传动轴的第二电机和围绕所述第二传动轴设置的第二电磁离合器。
根据本发明管道机器人的一个实施方式，所述前摆动关节、后摆动关节分别设有用于实时显示摆动状态的编码器。
根据本发明管道机器人的一个实施方式，所述旋转关节包括设有第三传动轴的旋转电机和围绕所述第三传动轴设置的第三电磁离合器。
根据本发明管道机器人的一个实施方式，所述旋转关节设有用于实时显示摆动状态的编码器。
根据本发明管道机器人的一个实施方式，所述作业装置选自打磨装置、滚扫装置、吸尘装置、夹取装置中的一个或多个。
根据本发明管道机器人的一个实施方式，管道机器人通过电缆连接上位机，所述上位机控制所述驱动装置和所述摆臂装置。
相对于现有技术，本发明管道机器人具有以下优点：本发明管道机器人中，摆臂装置中的摆动关节和旋转关节可通过控制主动摆动和旋转，也可在管道机器人自身姿态的作用下自由摆动和旋转，管道机器人在管道中前进遇到支管时，可自主选择所要进入的支管口，适用于在90°的1.5D弯管、T型三通管道、空间S型弯管、连续变径管道等复杂的管道进行作业。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明管道机器人进行详细说明，其中：
图1为本发明管道机器人的结构示意图。
图2为本发明管道机器人中摆臂装置的立体结构示意图。
图3为本发明管道机器人中摆臂装置的内部结构示意图。
图4为本发明管道机器人中驱动装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参照图1所示，本发明提供了一种管道机器人，其包括：驱动装置10、作业装置20和摆臂装置30，摆臂装置30设有前摆动关节300、后摆动关节310，以及设置于前摆动关节300和/或后摆动关节310上的旋转关节320。前摆动关节300和后摆动关节310上分别设有对接部301，驱动装置10和作业装置20分别对应设有接合部，通过对接部301和接合部的对接，前摆动关节300和后摆动关节310分别连接驱动装置10和作业装置20。
对接部301和接合部的对接方式没有特别的限制，只要能将前摆动关节300和后摆动关节310固定连接于驱动装置10或作业装置20上，且不影响旋转电机324的正常运行即可。例如，根据本发明的一个实施方式，对接部301上设有安装孔，接合部上对应设有通孔，通过螺栓将对接部301和结合部固定连接。
请参照图2和图3所示，摆臂装置30设有摆臂基体330、位于摆臂基体330的前、后两侧的前摆动关节300、后摆动关节310。为了保护摆臂基体330、前摆动关节300和后摆动关节310，摆臂基体330、前摆动关节300和后摆动关节310的外侧设有保护罩332。
请特别参照图3所示，前摆动关节300包括设有第一传动轴302的第一电机304和围绕第一传动轴302设置的第一电磁离合器306。当第一电磁离合器306吸合，第一电机304启动时，第一传动轴302转动，并带动前摆动关节300在一定角度内围绕第一传动轴302自由摆动。前摆动关节300内设有编码器308，用于实时显示摆动状态，可通过上位机(未图示)实时显示管道机器人在管道中所处的状态，给操纵者提供管道机器人在管道中状态的依据，使管道机器人的远程操控更方便安全。
后摆动关节310与前摆动关节300的结构相似，后摆动关节310包括设有第二传动轴312的第二电机314和围绕第二传动轴312设置的第二电磁离合器316。当第二电磁离合器316吸合，当第二电机314启动时，第二传动轴312转动，并带动后摆动关节310在一定角度内围绕第二传动轴312自由摆动。后摆动关节310内设有编码器308，用于实时显示摆动状态，可通过上位机(未图示)实时显示管道机器人在管道中所处的状态，为操作者提供了方便直观的依据，使管道机器人的爬行和作业的远程操控更方便安全。
请继续参照图3所示，旋转关节320包括设有第三传动轴322的旋转电机324和围绕第三传动轴322设置的第三电磁离合器326。当第三电磁离合器326吸合，旋转电机324启动时，第三传动轴322转动，并带动旋转关节320相对于与其连接的驱动装置10或作业装置20实现360度自由旋转。旋转关节320设有编码器308，用于实时显示旋转状态，给操纵者提供管道机器人在管道中状态的依据，使管道机器人的爬行和作业的远程操控更方便安全。
在实际使用过程中，如果摆臂装置30两端的驱动装置10一个是支撑在管道内，一个是缩起时，那么当摆臂装置30中的旋转关节320旋转时，收缩起来的驱动装置10会相对于支撑的驱动装置10实现360°旋转，因此可以改变一个驱动装置10相对于另一个驱动装置10的摆动方向，实现一个驱动装置10在管道中爬行的过程中，通过上位机控制来实现机器人进入所需要的支管口，之后再所需要的管道中进行作业。
请参照图4所示，为本发明管道机器人中驱动装置10的结构示意图，其包括本体100、设置于本体100上的气缸102，以及位于本体100上下两侧的上行走装置104和下行走装置106，其中，上行走装置104和下行走装置106分别通过变径连杆108连接于气缸102上，气缸102的伸出杆上下运动带动变径连杆108的伸展或收缩。驱动装置10沿着管道内壁行走时，通过气缸102和变径连杆108使得上行走装置104和下行走装置106顶紧在管道内壁上，上行走装置104和下行走装置106始终在管道壁上保持一定的压力，管道内壁与上行走装置104、下行走装置106之间始终存在足够的驱动摩擦力，保证整个管道机器人可以在管道内正常行走。另一方面，通过驱动装置10的高度变化(调节变径连杆108的伸展或收缩)，使管道机器人适用于不同直径的管道内作业。此外，驱动装置10采用剪刀式的变径连杆结构，能够使驱动装置10收缩起来和伸展开后的高度差更大，能够适应更大范围直径的管道，提高管道机器人的应用范围。
在图1所示的实施方式中，管道机器人的作业装置为打磨装置，但是，可以理解的是，为了实现多功能作业，本发明管道机器人也可以根据实际需要搭载多种作业装置。例如，针对管道内可能存在的焊缝、锈蚀、粘附异物、打磨时产生的粉尘、管道内存在的小件块状异物等，作业装置可以是打磨装置、滚扫吸尘装置、夹取装置中的一个或多个，以对管道内壁上的缺陷和异物进行全方位的修整和清理。为了实现快捷方便的更换，各个作业装置最好用相同的电缆插头和机械接口，电缆接头最好采用IP68级防水接头，以使得本发明管道机器人能够进入湿度较大(例如，IP67的环境下)的管道中作业。
在实际使用过程中，管道机器人通过电缆连接上位机(未图示)，通过上位机控制驱动装置10和摆臂装置20，使得驱动装置10和摆臂装置20之间相互配合，以通过T型三通管道、空间S型弯管、90°的1.5D弯管、连续变径管道，选择性地前往所需要的支管口中，以对管道内部进行作业。电缆外部有网状钢丝套筒，钢丝套筒的末端连接在管道机器人的末端，在发生断电等紧急情况时，可通过外部的线缆绞车将整个设备从管道中拖出。
相对于现有技术，本发明管道机器人具有以下优点：本发明管道机器人中，摆臂装置中的摆动关节和旋转关节既可通过控制主动摆动和旋转，也可以在管道机器人自身姿态的作用下自由摆动和旋转，当管道机器人在管道中前进遇到支管时，可以自主选择所要进入的支管口，适用于在90°的1.5D弯管、T型三通管道、空间S型弯管、连续变径管道等复杂管道中作业。本发明管道机器人不仅结构简单，而且控制方便、可靠性高。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种管道机器人，其特征在于，所述管道机器人包括：驱动装置、作业装置和摆臂装置，所述摆臂装置设有前摆动关节、后摆动关节，以及设置于所述前摆动关节和/或所述后摆动关节上的旋转关节，所述前摆动关节和后摆动关节分别设有对接部，所述驱动装置和作业装置分别对应设有接合部，所述摆臂装置通过所述对接部和接合部的对接连接所述驱动装置和作业装置。
2.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述摆臂装置设有摆臂基体，所述前摆动关节、后摆动关节位于所述摆臂基体的两侧。
3.根据权利要求2所述的管道机器人，其特征在于，所述摆臂基体、前摆动关节和后摆动关节的外侧设有保护罩。
4.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述前摆动关节包括设有第一传动轴的第一电机和围绕所述第一传动轴设置的第一电磁离合器，所述后摆动关节包括设有第二传动轴的第二电机和围绕所述第二传动轴设置的第二电磁离合器。
5.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述前摆动关节、后摆动关节分别设有用于实时显示摆动状态的编码器。
6.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述旋转关节包括设有第三传动轴的旋转电机和围绕所述第三传动轴设置的第三电磁离合器。
7.根据权利要求6所述的管道机器人，其特征在于，所述旋转关节设有用于实时显示摆动状态的编码器。
8.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述作业装置选自打磨装置、滚扫装置、吸尘装置、夹取装置中的一个或多个。
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