CN113738996B - 适用于管道内壁防腐作业机器人的软轴及管道内壁防腐作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于管道内壁防腐作业机器人的软轴，所述管道内壁防腐作业机器人包括爬行装置和作业装置，所述软轴用于连接所述爬行装置和作业装置，所述软轴包括弹性件以及设置在所述弹性件端部的座体，所述座体固定连接在所述爬行装置或作业装置上。本发明的适用于管道内壁防腐作业机器人的软轴，通过设置由弹性件和座体构成的软轴，使得防腐机器人能够实现在弯管(90°、45°等各种弯道)的情况下，爬行装置也能够拉动作业装置进行移动以对管道进行相应的防腐工作。

Description

适用于管道内壁防腐作业机器人的软轴及管道内壁防腐作业 机器人

技术领域

本发明属于防腐机器人技术领域，具体涉及一种适用于管道内壁的自动化除锈、排渣、喷涂修复一体化机器人中的软轴以及包括了该软轴的管道内壁防腐作业机器人。

背景技术

随着电力、石化行业的迅速发展和相关设备的服役年限增加，管道内壁防腐维护成为亟待解决的问题，目前管道内壁防腐维修的方法主要是人工除锈和手动刷涂，不仅除锈和涂装效率比较低，劳动强度高，而且通常因表面杂质清理不彻底和涂装不均匀导致修复后的涂层局部优先失效降低涂层整体使用寿命，导致需要频繁维修；此外，管道内作业存在窒息、动力工具伤人、大量有机溶剂吸入等安全高风险，对企业安全生产带来严峻挑战。

随着科技的进步，防腐作业机器人已成为近些年国内外的研究热点，其能够有效地替代传统人工作业方式实现危险作业。国外以日本为代表首先对机器人进行研究，随后美国、德国等国相继开发出机器人应用于实践。

防腐作业机器人是电力、石化、船舶防腐领域的一个重要的应用，它通过机器人所具有的灵活性和适应性，来代替人完成除锈、清理与涂装等高风险工作。

目前，国内外许多大学及公司投入大量的人力和物力研制除锈及喷涂机器人，用于储罐的防腐机器人相对多一些，其设计均基于较大设备或者是敞开式设备的应用，针对封闭性强、较小设备范围内的除锈清洗机器人的设计研究相对较少，因此亟需设计一种小型化、轻量化的管道防腐作业机器人。现有技术中，针对弯管作业的情况没有很好的解决办法，刚性连接在弯管情况下的适用范围有限。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷和达到上述目的，本发明的目的是提供一种适用于管道内壁防腐作业机器人的软轴结构，用于防腐机器人中能够适用于弯管管道的防腐工作。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种适用于管道内壁防腐作业机器人的软轴，所述管道内壁防腐作业机器人包括爬行装置和作业装置，所述软轴用于连接所述爬行装置和作业装置，所述软轴包括弹性件以及设置在所述弹性件端部的座体，所述座体固定连接在所述爬行装置或作业装置上。通过设置由弹性件和座体构成的软轴，使得防腐机器人能够用于弯管中的工作环境。

根据本发明的一些优选实施方面，所述弹性件为弹簧，所述腔体的内壁上设置有与所述弹簧相匹配的螺纹，所述螺纹与所述弹簧的端部配合用于连接所述弹簧和座体。优选弹簧的节距为0(弹簧上相邻的两圈之间没有间隙)，即弹簧没有压缩余量，只有拉伸余量。

根据本发明的一些优选实施方面，所述软轴包括用于限制所述弹性件轴向形变量的限制绳，所述限制绳的两端分别与两个所述座体连接。限制绳优选为强力钢丝绳，用于对弹性件的拉伸进行限位。通过弹性件和限制绳之间的相互限制和配合，实现软轴的功能。

本发明还提供了一种管道内壁防腐作业机器人，包括爬行装置、作业装置以及上述的软轴，所述爬行装置包括用于带动所述防腐机器人在管道内壁移动的移动机构以及用于调节所述移动机构与所述管道内壁之间距离的调节机构，所述调节机构包括与所述移动机构连接的连杆组件以及用于驱动所述连杆组件运动的驱动组件。

根据本发明的一些优选实施方面，所述爬行装置包括筒体，所述移动机构设置在所述筒体的外壁上，所述调节机构设置在所述筒体内，所述驱动组件包括中心轴以及用于驱动所述中心轴沿其轴向运动的驱动器。调节机构和移动机构分别位于筒体的内外，驱动器驱动中心轴沿其轴向运动，带动连杆组件移动，实现调节移动机构与筒体之间的距离(移动机构与管道内壁之间的距离)。

根据本发明的一些优选实施方面，所述连杆组件包括固定在所述中心轴上的第一杆件、贯穿所述筒体并与所述移动机构连接的第三杆件、设置在所述第一杆件和第三杆件之间的第二杆件，三个杆件之间转动连接，所述第三杆件的运动方向垂直于所述筒体的壁厚方向。其中第一杆件和第三杆件平行设置，第三杆件的底部高于第一杆件的顶部，即第二杆件倾斜设置。连杆组件中的三个杆件设置在中心轴的同一径向平面上，并在该径向平面上实现联动功能：通过驱动器驱动中心轴沿其轴向运动，带动连杆组件移动，最终实现第三杆件的伸缩，进而调节移动机构与筒壁之间的距离。

根据本发明的一些优选实施方面，所述筒体上对应所述第三杆件和移动机构开设有导向孔，所述导向孔内设置有导向件，所述第三杆件贯穿所述导向件后与所述移动机构连接。在一些实施例中，导向件包括设置在导向孔内的轴承座、设置在轴承座内的自润滑轴承(滑动轴承)、设置在轴承座上的顶盖以及设置在顶盖上的密封圈，轴承座固定在筒体上，滑动轴承套设在第三杆件的外周上，第三杆件带第一杆件和第二杆件的带动下，在滑动轴承内实现伸缩。

根据本发明的一些优选实施方面，所述筒体外壁上设置有多个所述移动机构，所述中心轴上套设有固定环，所述固定环上对应设置有多个所述连杆组件。优选设置三组及以上的移动机构，且均匀间隔分布在筒体的外壁上，以实现运行的平稳。通过在中心轴上设置固定环，将连杆组件固设在固定环上，实现多组连杆组件的同步移动。在一些实施例中，优选三组移动机构，相邻移动机构沿筒体外壁之间的夹角为120°。

根据本发明的一些优选实施方面，所述筒体内对应所述中心轴的两端分别设置有第一支撑座和第二支撑座，所述固定环位于所述第一支撑座和第二支撑座之间，所述固定环与所述第二支撑座之间设置有驱动件。两个支撑座分别套设在中心轴的端部并对中心轴的前后端进行移动的限位，保证中心轴移动的平稳。驱动件优选为弹簧，其用于提供预紧力，即使得第三杆件具有向外伸出的趋势，以在爬行装置在管道内移动时，使得移动机构始终紧贴管道内壁。

根据本发明的一些优选实施方面，所述中心轴上设置有限位套筒，所述固定环套设在所述限位套筒上，所述限位套筒远离所述第二支撑座的一端具有第一限位环。限位套筒固定套设在中心轴上，中心轴移动带动限位套筒移动，进而带动其上的固定环和固定环上的连杆组件移动，实现第三杆件的伸缩。

根据本发明的一些优选实施方面，所述固定环靠近所述驱动件的一侧设置有第二限位环，所述固定环位于所述第一限位环和第二限位环之间；所述驱动件的一端作用于所述第二限位环上，所述驱动件的另一端作用于所述第二支撑座上。通过第一限位环和第二限位环之间对两个限位环之间的固定环进行固定。在一些实施例中，限位套筒的外壁上设置有螺纹，先将固定环与限位套筒之间螺纹连接，之后将第二限位环拧在限位套筒上，第二限位环形成类似螺母的作用。另一方面，驱动件优选为弹簧，第二限位环具有弹簧座的功能，对弹簧的移动进行限位。

根据本发明的一些优选实施方面，所述第二支撑座远离所述驱动件的一端设置有底盖，所述底盖上具有用于供所述中心轴端部移动的移动腔。所述中心轴与所述第一支撑座和/或第二支撑座之间设置有滑动轴承。

根据本发明的一些优选实施方面，包括分别位于所述筒体两端的第一端盖和第二端盖，所述第一支撑座与所述第一端盖固定连接，所述第二支撑座和/或所述底盖与所述第二端盖固定连接。通过端盖固定连接支撑座，进而固定中心轴的运动方向。

根据本发明的一些优选实施方面，所述移动机构包括相对设置的两个侧板、设置在两个所述侧板之间的驱动轮以及用于带动所述驱动轮转动的动力组件，两个所述侧板设置在所述筒体的外壁上，驱动轮和动力组件固定在侧板上。

根据本发明的一些优选实施方面，所述动力组件包括转动轮、转动带、过渡轮以及用于带动所述过渡轮转动的驱动电机，所述转动轮与所述驱动轮固定连接，所述转动带套设在所述转动轮和过渡轮上用于实现所述转动轮和过渡轮的同步转动。所述过渡轮设置在所述驱动电机的输出轴上，驱动电机启动带动过渡轮转动，带动转动带转动，进而同步带动转动轮和驱动轮转动。

根据本发明的一些优选实施方面，所述转动轮、转动带和过渡轮位于所述侧板的同一侧，所述转动轮和所述驱动轮分别位于所述侧板的两侧，所述转动轮和驱动电机分别位于所述驱动轮的两侧，所述驱动电机的输出轴贯穿两个所述侧板之后与所述过渡轮连接，以节省空间。在一些实施例中，驱动轮包括设置在侧板上方两个端部的第一驱动轮和第二驱动轮，转动轮包括对应设置的第一转动轮和第二转动轮，转动带包括对应设置的第一转动带和第二转动带，过渡轮包括对应设置的第一过渡轮和第二过渡轮，驱动电机只有一个，两个过渡轮同轴设置在驱动电机的输出轴上，通过这样的设置使得另个驱动轮同步转动，无偏差。

根据本发明的一些优选实施方面，所述侧板的底部与所述筒体的外壁之间设置有摇杆，所述摇杆的两端分别与所述侧板和筒体外壁转动连接。侧板底部的两端分别设置有两个摇杆，使得通过连杆组件调节移动机构时的平稳运行。第三杆件的顶端设置有过渡杆，过渡杆的两端分别转动连接在第三杆件的顶端和侧板上，且过渡杆与侧板的转动连接位置高于摇杆与侧板的转动连接位置。通过设置过渡杆，使得移动机构调节时，在第三杆件和过渡杆的带动下以及摇杆的带动下进行转动实现移动机构与筒壁之间的距离调节，避免了摇杆的摆动方向和第三杆件的伸缩方向不同带来的冲突。

根据本发明的一些优选实施方面，所述作业装置包括除锈模块，所述除锈模块包括第一机架、设置在所述第一机架上的支撑腿以及设置在所述第一机架远离所述爬行装置一侧的高压水射流除锈喷枪；所述支撑腿规则分布在所述第一机架的外周上。高压水射流除锈喷枪至少包括两个对称设置的喷嘴，优选偶数个喷嘴，且喷嘴垂直于管壁(管道径向)设置。

根据本发明的一些优选实施方面，所述作业装置包括排渣模块，所述排渣模块包括第二机架、设置在所述第二机架上的支撑腿以及设置在所述第二机架远离所述爬行装置一侧的高压水射流排渣喷枪；所述支撑腿规则分布在所述第二机架的外周上。高压水射流排渣喷枪至少包括两个对称设置的喷嘴，且喷嘴与管壁倾斜设置，起到的是清扫管道内残渣的作用。除锈喷枪和排渣喷枪对应的水压为1500-2000Kg。

根据本发明的一些优选实施方面，所述作业装置包括喷漆模块，所述喷漆模块包括第三机架、设置在所述第三机架上的支撑腿以及设置在所述第三机架远离所述爬行装置一侧的无气高压无气喷涂喷枪；所述支撑腿规则分布在所述第三机架的外周上。高压无气喷涂喷枪采用伺服电机带动喷嘴进行旋转喷漆。

根据本发明的一些优选实施方面，所述支撑腿依次包括固定板、调节板和轮组，所述固定板的一端与机架的外周连接，所述固定板的另一端与所述调节板连接，所述轮组与所述调节板之间设置有缓冲组件。缓冲组件用于提供轮组与管道内壁紧贴的预紧力。固定板和调节板形成的整体长度也可以进行调节。

根据本发明的一些优选实施方面，所述缓冲组件包括设置在所述调节板靠近所述轮组一端的卡接环、设置在所述轮组靠近所述调节板一端的顶块、以及设置在所述卡接环和顶块之间的缓冲件，所述缓冲件容纳在所述卡接环内。

由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的适用于管道内壁防腐作业机器人的软轴，通过设置由弹性件和座体构成的软轴，使得防腐机器人能够实现在弯管(90°、45°等各种弯道)的情况下，爬行装置也能够拉动作业装置进行移动以对管道进行相应的防腐工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例中爬行装置和软轴连接后的立体图；

图2为图1中隐藏筒体后的立体图；

图3为本发明优选实施例中爬行装置的部分截面示意图；

图4为图3中I部的放大图；

图5为本发明优选实施例中连杆组件和中心轴的立体图；

图6为本发明优选实施例中连杆组件和中心轴的主视图；

图7为本发明优选实施例中导向件的截面图；

图8为本发明优选实施例中移动机构的立体图；

图9为本发明优选实施例中移动机构隐藏其中一个侧板后的立体图；

图10为本发明优选实施例中移动机构的部分截面示意图；

图11为本发明优选实施例中软轴的主视图；

图12为图11中A-A的剖面图；

图13为本发明优选实施例中软轴的立体图；

图14为本发明优选实施例中除锈模块的立体图；

图15为本发明优选实施例中爬行装置、软轴和除锈模块连接后的主视图；

图16为本发明优选实施例中爬行装置、软轴和排渣模块连接后的主视图；

图17为本发明优选实施例中爬行装置、软轴和喷漆模块连接后的立体图；

图18为本发明优选实施例中支撑腿的立体图；

图19为本发明优选实施例中支撑腿的爆炸图；

图20为本发明优选实施例中防腐机器人在直管管道中的作业示意图；

图21为本发明优选实施例中防腐机器人在弯管管道中的作业示意图；

附图中，爬行装置-1，软轴-2，弹性件-21，座体-22，腔体-23，限制绳-24，移动机构-3，侧板-31，驱动轮-32，转动轮-33，转动带-34，过渡轮-35，驱动电机-36，摇杆-37，过渡杆-38，控制箱-4，连杆组件-5，第一杆件-51，第二杆件-52，第三杆件-53，固定环-54，筒体-61，第一端盖-62，第二端盖-63，中心轴-71，驱动器-72，导向件-8，轴承座-81，顶盖-82，密封圈-83，滑动轴承-84，第一支撑座-91，第二支撑座-92，底盖-93，移动腔-931，轴承-94，驱动件-10，限位套筒-11，第一限位环-111，第二限位环-112，除锈模块-12，第一机架-121，高压水射流除锈喷枪-122，排渣模块-13，第二机架-131，高压水射流排渣喷枪-132，喷漆模块-14，第三机架-141，高压无气喷涂喷枪-142，支撑腿-15，固定板-151，调节板-152，轮组-153，缓冲组件-154，卡接环-155，顶块-156，缓冲件-157，搬运小车-16，作业装置-17。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1-21所示，本实施例中的管道内壁防腐作业机器人，主要包括三个部分：爬行装置1、作业装置17以及用于连接爬行装置1和作业装置17的软轴2。其中，软轴2主要起连接作用，爬行装置1用于驱动作业装置17在管道内的移动，作业装置17根据实现功能的不同有除锈模块12、排渣模块13和喷漆模块14。以下对各个部件做详细说明：

一、爬行装置

爬行装置1包括筒体61、分别位于筒体61两端的第一端盖62和第二端盖63、用于带动防腐机器人在管道内壁移动的移动机构3、用于调节移动机构3与管道内壁之间距离的调节机构以及对各部件进行控制的控制箱4。移动机构3设置在筒体61的外壁上，调节机构设置在筒体61内。

1、调节机构

调节机构包括与移动机构3连接的连杆组件5以及用于驱动连杆组件5运动的驱动组件。

驱动组件包括中心轴71以及用于驱动中心轴71沿其轴向运动的驱动器72，本实施例中的驱动器72为气缸。调节机构和移动机构3分别位于筒体61的内外，驱动器72驱动中心轴71沿其轴向运动，带动连杆组件5移动，实现调节移动机构3与筒体61之间的距离(移动机构3与管道内壁之间的距离)。

如图2-6所示，连杆组件5包括固定在中心轴71上的第一杆件51、贯穿筒体61并与移动机构3连接的第三杆件53、设置在第一杆件51和第三杆件53之间的第二杆件52，三个杆件之间转动连接，第三杆件53的运动方向垂直于筒体61的壁厚方向。其中第一杆件51和第三杆件53平行设置，且第三杆件53的底部高于第一杆件51的顶部，即第二杆件52倾斜设置。连杆组件5中的三个杆件设置在中心轴71的同一径向平面上，并在该径向平面上实现联动功能：通过驱动器72驱动中心轴71沿其轴向运动，带动连杆组件5移动，最终实现第三杆件53的伸缩，进而调节移动机构3与筒壁之间的距离。

本实施例中，筒体61外壁上设置有三组移动机构3，其均匀间隔分布在筒体61的外壁上，相邻移动机构3沿筒体61外壁之间的夹角为120°。中心轴71上套设有固定环54，固定环54上对应设置有三组连杆组件5，其均匀间隔分布在固定环54的周向上，以实现运行的平稳。通过在中心轴71上设置固定环54，将连杆组件5固设在固定环54上，实现多组连杆组件5的同步移动，进而实现三组移动机构的同步伸出或缩回。

筒体61内对应中心轴71的两端分别设置有第一支撑座91和第二支撑座92，固定环54位于第一支撑座91和第二支撑座92之间，固定环54与第二支撑座92之间设置有驱动件10(弹簧)。两个支撑座分别套设在中心轴71的端部并对中心轴71的前后端进行移动的限位，保证中心轴71移动的平稳。本实施例中的驱动件10优选为弹簧，其用于提供预紧力，即使得第三杆件53具有向外伸出的趋势，以在爬行装置1在管道内移动时，使得移动机构3始终紧贴管道内壁。

本实施例中的第二支撑座92远离驱动件10的一端设置有底盖93，底盖93上具有用于供中心轴71端部移动的移动腔931。本实施例中的中心轴71与第一支撑座91和第二支撑座92之间均设置有滑动轴承94。第一支撑座91与第一端盖62固定连接，第二支撑座92和底盖93与第二端盖63固定连接，通过端盖固定连接支撑座，进而固定中心轴71及其运动方向。

中心轴71上设置有限位套筒11，固定环54套设在限位套筒11上，限位套筒11远离第二支撑座92的一端具有第一限位环111。限位套筒11固定套设在中心轴71上，中心轴71移动带动限位套筒11移动，进而带动其上的固定环54和固定环54上的连杆组件5移动，实现第三杆件53的伸缩。固定环54靠近驱动件10的一侧设置有第二限位环112，固定环54位于第一限位环111和第二限位环112之间；驱动件10的一端作用于第二限位环112上，驱动件10的另一端作用于第二支撑座92上。通过第一限位环111和第二限位环112之间对两个限位环之间的固定环54进行固定。本实施例中，限位套筒11的外壁上设置有螺纹，先将固定环54与限位套筒11之间螺纹连接，之后将第二限位环112拧在限位套筒11上，第二限位环112形成类似螺母的作用。另一方面，驱动件10优选为弹簧，第二限位环112具有弹簧座的功能，对弹簧的移动进行限位。

通过驱动组件带动连杆组件5实现调节功能，进而调节移动机构3与管道内壁之间的距离，实现移动机构3与管道内壁之间的分离或紧贴。当移动机构3与管道内壁分离时，防腐机器人能够与管道脱离，方便放置或取出防腐机器人，当移动机构3与管道内壁紧贴时，移动机构3能够带动爬行装置1在管道内实现移动或爬坡。

如图1-3及图7所示，筒体61上对应第三杆件53和移动机构3开设有导向孔，导向孔内设置有导向件8，第三杆件53贯穿导向件8后与移动机构3连接。本实施例中，导向件8包括设置在导向孔内的轴承座81、设置在轴承座81内的自润滑轴承(滑动轴承84)、设置在轴承座81上的顶盖82以及设置在顶盖82上的密封圈83，轴承座81固定在筒体61上，滑动轴承84套设在第三杆件53的外周上，第三杆件53带第一杆件51和第二杆件52的带动下，在滑动轴承84内实现伸缩。

控制箱4控制移动机构3中的驱动电机36旋转及调节机构中气缸的前进与后退。连杆组件5控制移动机构3与管道内壁的分离和靠近，以保证在不同内直径的管道里机器人都可以行走且能保证机器人中心与管道中心一致。气缸的前进可以保证驱动轮32与管道内壁紧紧贴住，保证行走正常，保证爬行装置能够附在不同内径管道的壁面上，使其能正常运动和作业；气缸后退可以保证行走轮与管道内壁脱开，方便取出防腐机器人。

2、移动机构

如图1-3及图8-9所示，移动机构3包括相对设置的两个侧板31、设置在两个侧板31之间的驱动轮32以及用于带动驱动轮32转动的动力组件，两个侧板31设置在筒体61的外壁上，驱动轮32和动力组件固定在侧板31上。

本实施例中的动力组件包括转动轮33、转动带34、过渡轮35以及用于带动过渡轮35转动的驱动电机36(伺服电机)，转动轮33与驱动轮32固定连接，转动带34套设在转动轮33和过渡轮35上用于实现转动轮33和过渡轮35的同步转动。过渡轮35设置在驱动电机36的输出轴上，驱动电机36启动带动过渡轮35转动，带动转动带34转动，进而同步带动转动轮33和驱动轮32转动，进而实现爬行装置1在管道内位置的精准移动。

本实施例中的转动轮33、转动带34和过渡轮35位于侧板31的同一侧，转动轮33和驱动轮32分别位于侧板31的两侧，转动轮33和驱动电机36分别位于驱动轮32的两侧，驱动电机36的输出轴贯穿两个侧板31之后与过渡轮35连接，以节省空间，使得结构更加紧凑。且本实施例中，为了增加驱动轮32与管道内壁的摩擦力，驱动轮32的外周包裹有橡胶材质，且其上开设有类似于齿轮结构的凹槽，凹槽为弧形设置，均匀分布在驱动轮32的外周上，每个凹槽沿着驱动轮32的轴向延伸。

本实施例中，驱动轮32包括设置在侧板31上方两个端部的第一驱动轮和第二驱动轮，转动轮33包括对应设置的第一转动轮和第二转动轮，转动带34包括对应设置的第一转动带和第二转动带，过渡轮35包括对应设置的第一过渡轮和第二过渡轮，驱动电机36只有一个，两个过渡轮35同轴设置在驱动电机36的输出轴上，通过这样的设置使得另个驱动轮32同步转动，无偏差。

为了配合连杆组件5实现移动机构3与筒体61之间距离的调节，本实施例中侧板31的底部与筒体61的外壁之间设置有摇杆37，摇杆37的两端分别与侧板31和筒体61外壁转动连接。侧板31底部的两端分别设置有两个摇杆37，使得通过连杆组件5调节移动机构3时的平稳运行。同时，本实施例中第三杆件53的顶端设置有过渡杆38，过渡杆38的两端分别转动连接在第三杆件53的顶端和侧板31上。通过设置过渡杆38，使得移动机构3调节时，在第三杆件53和过渡杆38的带动下以及摇杆37的带动下进行转动实现移动机构3与筒壁之间的距离调节，避免了摇杆37的摆动方向和第三杆件53的伸缩方向不同带来的冲突。

如图1-2所示，本实施例中防腐机器人的下方还具有可分离的搬运小车16，以方便搬运。

二、软轴

如图1-2、11-13以及15-17、20-21所示，本实施例中的软轴2包括弹性件21、限制绳24以及设置在弹性件21端部的座体22，座体22固定连接在爬行装置1或作业装置17上以起到连接作用。弹性件21的作用是为了保证装置在弯道处正常工作，限制绳24是为了限制弹性件21的拉伸变形量。

座体22内开设有腔体23，弹性件21的端部容纳在腔体23内。通过设置由弹性件21和座体22构成的软轴2，使得本发明的防腐机器人能够用于弯管中的工作环境。弹性件21优选为弹簧，腔体23的内壁上设置有与弹簧相匹配的螺纹，螺纹与弹簧的端部配合用于连接弹簧和座体22。

本实施例中的弹簧的节距为0，即弹簧上相邻的两圈之间没有间隙，弹簧没有压缩余量，只有拉伸余量。限制绳24用于限制弹性件21轴向形变量，限制绳24的两端分别与两个座体22连接。限制绳24优选为强力钢丝绳，用于对弹性件21的拉伸进行限位。通过弹性件21和限制绳24之间的相互限制和配合，实现软轴2的功能，保证防腐机器人在弯管中的作业。

如图20-21所示，通过本实施例中的软轴2，能够实现在弯管(90°、45°等各种弯道)的情况下，爬行装置1也能够拉动作业装置17进行移动以对管道进行相应的防腐工作。

三、作业装置

1、除锈模块12

如图14-15所示，本实施例中的除锈模块12包括第一机架121、设置在第一机架121上的支撑腿15以及设置在第一机架121远离爬行装置1一侧的高压水射流除锈喷枪122。支撑腿15规则分布在第一机架121的外周上，本实施例中的支撑腿15设置有两组，每组包括均匀间隔分布在第一机架121同一周向上4个支撑腿15。

本实施例中高压水射流除锈喷枪122包括四个对称设置的喷嘴，且喷嘴的喷射方向垂直于管壁(管道径向)设置。其他实施例中也可以对称设置2个或多个喷嘴，优选为偶数个。

如图18-19所示，本实施例中的支撑腿15依次包括固定板151、调节板152和轮组153，固定板151的一端与机架的外周连接，固定板151的另一端与调节板152连接，轮组153与调节板152之间设置有缓冲组件154。固定板151和调节板152上对应开设有腰圆孔，使得形成的整体长度也可以进行调节，即支撑腿15可以调节长短，以适应不同的管道直径。本实施例中，固定板151和调节板152之间采用螺钉固定，固定板151上有四种固定孔，不同的固定孔对应不同的管道内直径，四种固定孔分别对应四种管道内直径。通过这样结构的支撑腿15，保证喷嘴在旋转的过程中与管道内壁的距离一致，除锈效果更好。

缓冲组件154用于提供轮组153与管道内壁紧贴的预紧力。本实施例中的缓冲组件154包括设置在调节板152靠近轮组153一端的卡接环155、设置在轮组153靠近调节板152一端的顶块156、以及设置在卡接环155和顶块156之间的缓冲件157，缓冲件157容纳在卡接环155内。卡接环155上设置有沿支撑腿长度方向延伸的腰圆孔，腰圆孔内设置有插销，通过缓冲件157(弹簧)和腰圆孔的配合，实现运行过程中的缓冲和预紧。

2、排渣模块13

如图16所示，本实施例中的排渣模块13包括第二机架131、设置在第二机架131上的支撑腿15以及设置在第二机架131远离爬行装置1一侧的高压水射流排渣喷枪132。支撑腿15规则分布在第二机架131的外周上，本实施例中的支撑腿15设置有两组，每组包括均匀间隔分布在第二机架131同一周向上4个支撑腿15。

本实施例中的高压水射流排渣喷枪132包括三个对称设置的喷嘴，且喷嘴与管壁倾斜设置，喷嘴的喷出口朝向爬行装置，以在爬行装置带动排渣模块13后退时，高压水喷枪132起到清扫管道内残渣的作用。其他实施例中也可以设置更多个均匀分布的喷嘴。

排渣模块13中的支撑腿15可以优选为上述除锈模块12中的支撑腿15结构，在此不再赘述。

3、喷漆模块14

如图17所示，本实施例中的喷漆模块14包括第三机架141、设置在第三机架141上的支撑腿15以及设置在第三机架141远离爬行装置1一侧的无气高压无气喷涂喷枪142。支撑腿15规则分布在第三机架141的外周上，本实施例中的支撑腿15设置有两组，每组包括均匀间隔分布在第三机架141同一周向上3个支撑腿15。

高压无气喷涂喷枪142采用伺服电机带动喷嘴进行旋转喷漆。常规喷漆模块14采用气马达作为旋转动力，本实施例中采用伺服电机控制，在喷嘴向上、向下、侧面工作中，喷漆效果不一样，整个圆周旋转周期采用变速旋转，能更好的控制油漆油膜厚度。

喷漆模块14中的支撑腿15可以优选为上述除锈模块12中的支撑腿15结构，在此不再赘述。上述支撑腿15的结构能够保证无气喷漆喷嘴在旋转的过程中与管道内壁距离保持一致，使喷漆的均匀度可控，均匀度更好。

以下以除锈过程为例简述本实施例中防腐机器人的工作过程：

如图20-21所示，本实施例中的防腐机器人在工作的时候其作业方向是朝向爬行装置1的方向运行的，即倒退行进。

首先，采用搬运小车16将防腐机器人运至需要作业的管道口，启动驱动器72(气缸)，推动中心轴71向第二端盖63运动，压缩驱动件10(弹簧)。限位套筒11、连杆组件5中的固定环54和第一杆件51朝向第二端盖63移动，第二杆件52与中心轴71之间的夹角变小，拽动第三杆件53向内缩回，在过渡杆38和摇杆37的配合下，移动机构3与筒壁之间的距离减小。此时，将防腐机器人放置于管道内。

接着，释放气缸，在驱动件10(弹簧)的恢复力下，推动限位套筒11固定环54以及第一杆件51朝向第一端盖62移动，第二杆件52与中心轴71之间的夹角变大，推动第三杆件53向外伸出，在过渡杆38和摇杆37的配合下，移动机构3与筒壁之间的距离增大、与管壁之间的距离逐渐减小并最终紧贴在管道内壁上，实现胀紧，并使得中心轴71与管道的中心线一致，使得在移动机构3的驱动下，爬行装置1能够带着作业装置17沿管道进行移动。此时，移动机构3内的动力组件启动，推动爬行装置1带着作业装置17沿管道向前移动。此时的作业装置17只进行移动，不进行作业。且由于软轴2中的弹簧的节距为0(弹簧上相邻的两圈之间没有间隙)，没有压缩余量，爬行装置1能够推动作业装置17向前移动，即使在通过弯管时也十分方便。

等作业装置17移动到需要进行防腐工作的管道的尽头时，启动爬行装置1中的移动机构3带动爬行装置1向后移动(后退)，同时作业装置17(除锈模块12)启动工作，对管道内壁进行除锈操作。除锈时，喷枪不断旋转，通过对称设置的喷嘴喷出高压水，对管道内壁进行除锈。且由于软轴2中强力钢丝绳对弹簧拉伸形变量的限制，使得在通过弯管时，爬行装置1也能够十分方便地带动作业装置17后退。

等到爬行装置1带动作业装置17(除锈模块12)后退至管道口，除锈作业结束。重复上述移动机构3与筒壁之间的距离减小的操作，即移动机构3向筒壁靠近，实现移动机构3与管道内壁的分离。将爬行装置1和作业装置17从管道中取出，更换作业模块后，重复上述的作业过程，依次实现除锈、排渣和喷漆操作，完成管道的防腐作业。

现有技术中常规管道的除锈、喷漆一般采用提升机，用钢丝绳拉着除锈、喷漆模块完成除锈和喷漆，且很难完成弯管道工作。也有采用机器人带着除锈、喷漆模块工作的，但一般只能适应单一管道内径且不能爬坡，本发明的防腐机器人通过软轴以及调节机构的设置，不仅能在弯道管道里工作，还可以向上(45°)爬坡工作。

本发明的防腐机器人能够实现管道内壁的清洗、除锈、排渣、喷漆修复等，相比传统人工打磨或喷砂除锈工艺，工作周期长、工作量大、工作环境恶劣、经济投入高等问题，本发明的防腐机器人具有效率高、维修质量更优、适应高危和高污染环境、环保经济、可挂载多种模块、作业范围广等特点。本发明的防腐机器人结构紧凑可靠，运动平稳；可针对应用的不同领域，实现管道自动化爬行，可有效解决狭小空间内作业困难的问题，有效降低密闭空间作业中粉尘及噪音对人员的伤害；驱动能力、承载力好。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于管道内壁防腐作业机器人的软轴，所述管道内壁防腐作业机器人包括爬行装置和作业装置，其特征在于，所述软轴用于连接所述爬行装置和作业装置，所述软轴包括弹性件以及设置在所述弹性件端部的座体，所述座体固定连接在所述爬行装置或作业装置上；

所述座体内开设有腔体，所述弹性件的端部容纳在所述腔体内；所述弹性件为弹簧，所述腔体的内壁上设置有与所述弹簧相匹配的螺纹，所述螺纹与所述弹簧的端部配合用于连接所述弹簧和座体；所述弹簧的节距为0；

所述软轴包括用于限制所述弹性件轴向形变量的限制绳，所述限制绳的两端分别与两个所述座体连接。

2.一种管道内壁防腐作业机器人，包括爬行装置、作业装置以及如权利要求1所述的软轴，所述作业装置包括除锈模块、排渣模块或喷漆模块；所述爬行装置包括筒体、用于带动所述防腐作业机器人在管道内壁移动的移动机构以及用于调节所述移动机构与所述管道内壁之间距离的调节机构，所述调节机构包括与所述移动机构连接的连杆组件以及用于驱动所述连杆组件运动的驱动组件，所述移动机构设置在所述筒体的外壁上，所述调节机构设置在所述筒体内，所述驱动组件包括中心轴以及用于驱动所述中心轴沿其轴向运动的驱动器；

所述连杆组件包括固定在所述中心轴上的第一杆件、贯穿所述筒体并与所述移动机构连接的第三杆件、设置在所述第一杆件和第三杆件之间的第二杆件，三个杆件之间转动连接，所述第三杆件的运动方向垂直于所述筒体的壁厚方向；所述筒体外壁上设置有多个所述移动机构，所述中心轴上套设有固定环，所述固定环上对应设置有多个所述连杆组件；

所述筒体上对应所述第三杆件和移动机构开设有导向孔，所述导向孔内设置有导向件，所述第三杆件贯穿所述导向件后与所述移动机构连接；所述导向件包括设置在导向孔内的轴承座、设置在轴承座内的滑动轴承、设置在轴承座上的顶盖以及设置在顶盖上的密封圈，所述轴承座固定在筒体上，所述滑动轴承套设在第三杆件的外周上，所述第三杆件在第一杆件和第二杆件的带动下，在滑动轴承内实现伸缩。

3.根据权利要求2所述的管道内壁防腐作业机器人，其特征在于，所述移动机构包括相对设置的两个侧板、设置在两个所述侧板之间的驱动轮以及用于带动所述驱动轮转动的动力组件，两个所述侧板设置在所述筒体的外壁上；所述动力组件包括转动轮、转动带、过渡轮以及用于带动所述过渡轮转动的驱动电机，所述转动轮与所述驱动轮固定连接，所述转动带套设在所述转动轮和过渡轮上用于实现所述转动轮和过渡轮的同步转动。

4.根据权利要求2所述的管道内壁防腐作业机器人，其特征在于，所述除锈模块包括第一机架、设置在所述第一机架上的支撑腿以及设置在所述第一机架远离所述爬行装置一侧的高压水射流除锈喷枪；所述支撑腿规则分布在所述第一机架的外周上；所述排渣模块包括第二机架、设置在所述第二机架上的支撑腿以及设置在所述第二机架远离所述爬行装置一侧的高压水射流排渣喷枪；所述支撑腿规则分布在所述第二机架的外周上；所述喷漆模块包括第三机架、设置在所述第三机架上的支撑腿以及设置在所述第三机架远离所述爬行装置一侧的高压无气喷涂喷枪；所述支撑腿规则分布在所述第三机架的外周上。