CN115306984A - 一种流体压差驱动式管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种流体压差驱动式管道机器人，包括后舱、前舱、连接组件、支撑组件、里程组件和调速组件；所述后舱与所述前舱通过所述连接组件连接，所述里程组件设置在所述后舱的左端，所述后舱的右端设置有不少于三组的所述支撑组件，所述前舱的左端设置有不少于三组的所述支撑组件，所述调速组件设置在所述前舱的右端。所述的一种流体压差驱动式管道机器人实现了驱动、调速、变径三大功能，而且结构简单，成本低廉，易于控制，安全性高，工作距离大；适用于小口径油气管道，结构紧凑，节省机器人内部空间，无需复杂控制，占用空间小，响应灵敏；避免了线缆暴露缠绕在连接机构外的缺点，实现了对线缆的保护功能，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及油气管道运输技术领域，尤其涉及一种流体压差驱动式管道机器人。
背景技术
为满足多种类型的管内作业需求，管道机器人随之产生。管道机器人是工作于管道内特定空间的智能装备，用来完成管道内部的缺陷检测、防腐涂层的涂敷、管壁的清洁、管内修复等任务。研究并设计具有实际工程化应用价值的管道机器人能够极大地提高了管内检测和管内作业的准确性和可靠性，提高工作效率，降低成本。由于管道内部的空间有限、结构环境较为复杂,因此设计变径范围大、环境适应性强、灵活性好、越障能力强的结构，是实现机器人管内高效作业的必要条件。
目前的管道机器人按照驱动方式的不同可分为外部驱动、自主驱动以及流体压差驱动。外部驱动能源供给方式稳定，但由于线缆长度限制，机器人作业区间较短；自主驱动速度稳定性强，越障能力强，但续航时间有限。流体压差驱动结构简单，能源供给不受限制，作业区间大，但流体对运动稳定性影响大。根据机器人在管道内部运行的运动方式，又可以分为流体压差式、轮式、履带式、蠕动式、螺旋式、多足爬行式、蛇形式等类型。他们在驱动能力、管道适应性、结构复杂程度、制造成本等方面各有侧重。且大部分管道机器人体积庞大，不适用于对小口径管道进行检测和维护。
超声检测、漏磁检测和涡流损检测等常用的管道内检测技术，检测效果都受检测器运行速度的影响，一般速度持续稳定在2m/s左右时检测效果最佳，为了保证检测数据的有效性，必须保证将管道机器人的运行速度控制在上述范围之内，然而不论是输水管道还是油气管道，介质流动速度都超过了这一范围，且管内管外情况复杂多变，也将引起内检测器运行速度的剧烈变化(瞬时速度最高可达25m/s)。不仅会造成检测系统检测效果不理想甚至出现漏检，更会导致管道机器人高速碰撞管壁造成损坏，引发严重的工程事故。
为此，设计一种流体压差驱动式管道机器人，解决以上问题。
发明内容
本发明为克服以上不足，提供一种流体压差驱动式管道机器人，包括后舱、前舱、连接组件、支撑组件、里程组件和调速组件；
所述后舱与所述前舱通过所述连接组件连接，所述里程组件设置在所述后舱的左端，所述后舱的右端设置有不少于三组的所述支撑组件，所述前舱的左端设置有不少于三组的所述支撑组件，所述调速组件设置在所述前舱的右端；
所述里程组件包括不少于三组里程机构，每组所述里程机构包括里程轮杆、里程轮和第一弹簧，所述里程轮杆一端铰接在所述后舱的左端面上，所述里程轮均固定在所述里程轮杆的另一端，所述第一弹簧固定设置所述里程轮杆与所述后舱之间使所述里程轮杆朝外展开；
所述连接组件包括第一万向节段、中万向节管、第二万向节段、后万向节管和前万向节管，所述第一万向节段与所述第二万向节段结构相同且两端为球状体，所述后万向节管固定设置在所述后舱的右端，所述前万向节管固定设置在所述前舱的左端，所述后万向节管与所述中万向节管之间通过所述第一万向节段连接，所述中万向节管与所述前万向节管之间通过所述第二万向节段连接；
所述支撑组件组件包括限位槽、支撑杆和支撑轮，所述支撑杆的一端设置在所述限位槽内，所述支撑杆与所述限位槽底部之间固定设有第二弹簧，所述支撑轮固定设置在所述支撑杆的另一自由端；
所述调速组件包括定盘、动盘、电机和传动轴，所述动盘盖在所述定盘外，所述定盘由定底盘和定皮碗碗瓣组成，所述定底盘固定设置在所述前舱的右端，所述定皮碗碗瓣由弹性材料制成，所述定皮碗碗瓣固定在所述定底盘的周边，所述动盘由动底盘和动皮碗碗瓣组成，所述动底盘设置在所述定底盘的右端，所述动皮碗碗瓣由弹性材料制成，所述动皮碗碗瓣固定在所述动底盘的周边，所述电机固定设置在所述前舱内，所述动底盘通过所述传动轴与所述电机的输出轴连接。
进一步，为了记录所述里程轮的转动数据，优选的，所述里程轮杆上还固定设有光电传感器。
进一步，为了降低流体阻力，优选的，所述动盘的右端固定设有球弧状的前盖。
进一步，为了防止线缆缠绕，优选的，所述第一万向节段与所述第二万向节段均开设有左右贯穿的通线孔。
优选的，所述定皮碗碗瓣与所述动皮碗碗瓣均由聚氨酯制成。
优选的，所述定底盘与所述动底盘均由不锈钢材料制成。
本发明的有益效果是：
本发明所述的一种流体压差驱动式管道机器人通过驱动动盘控制流体通量实现了驱动、调速、变径三大功能，而且结构简单，成本低廉，易于控制，安全性高，工作距离大；
所述的一种流体压差驱动式管道机器人适用于小口径油气管道，结构紧凑，在管道定位方面，选用结构最为简单的里程轮定位方式，节省机器人内部空间，在变径方面，支撑组件和里程组件选用被动调节式变径，无需复杂控制，占用空间小，响应灵敏；
所述的一种流体压差驱动式管道机器人的通信线缆可以在内部走线，避免了线缆暴露缠绕在连接机构外的缺点，实现了对线缆的保护功能，安全性高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的俯视图；
图4为图3中A-A向的剖面结构示意图；
图5为本发明的左视图；
图6为本发明的右视图；
图7为本发明所述限位支撑组件的结构示意图；
图8为本发明所述第一万向节段的结构示意图；
图9为本发明所述定盘的结构示意图；
图10为本发明所述动盘的结构示意图。
其中：
1-里程轮杆；2-光电传感器；3-里程轮；4-第一弹簧；5-后舱；6-第一万向节段；7-中万向节管；8-第二万向节段；9-后万向节管；10-前万向节管；11-限位槽；12-支撑杆；13-支撑轮；14-前舱；
15-定盘；151-定底盘；152-定皮碗碗瓣；
16-动盘；161-动底盘；162-动皮碗碗瓣；
17-前盖；18-第二弹簧；19-电机；20-传动轴。
具体实施方式
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
如图1～10所示，一种流体压差驱动式管道机器人，包括后舱5、前舱14、连接组件、支撑组件、里程组件和调速组件；
所述后舱5与所述前舱14通过所述连接组件连接，所述里程组件设置在所述后舱5的左端，所述后舱5的右端设置有不少于三组的所述支撑组件，所述前舱14的左端设置有不少于三组的所述支撑组件，所述调速组件设置在所述前舱14的右端；
所述里程组件包括不少于三组里程机构，每组所述里程机构包括里程轮杆1、里程轮3和第一弹簧4，所述里程轮杆1一端铰接在所述后舱5的左端面上，所述里程轮3均固定在所述里程轮杆1的另一端，所述第一弹簧4固定设置所述里程轮杆1与所述后舱5之间使所述里程轮杆1朝外展开，所述第一弹簧4拉紧所述里所述里程轮杆1使所述里程轮3紧贴于管道内壁，当管道内径变化，所述里程轮杆1转动一定角度，改变所述里程组件的径向尺寸以适应管径变化，所述第一弹簧4始终拉紧所述里程轮杆1使所述里程轮3对管壁施加一定的压紧力，避免所述里程轮3出现打滑等失效情况造成定位误差，所述里程轮杆1上还固定设有光电传感器2，所述光电传感器2记录所述里程轮3的转动数据，以此实现管道内定位；
所述连接组件包括第一万向节段6、中万向节管7、第二万向节段8、后万向节管9和前万向节管10，所述第一万向节段6与所述第二万向节段8结构相同且两端为球状体，所述后万向节管9固定设置在所述后舱5的右端，所述前万向节管10固定设置在所述前舱的左端，所述后万向节管9与所述中万向节管7之间通过所述第一万向节段6连接，所述中万向节管7与所述前万向节管10之间通过所述第二万向节段8连接，所述第一万向节段6与所述第二万向节段8均开设有左右贯穿的通线孔，使通信线缆可以在内部走线，避免了线缆暴露缠绕在连接机构外的缺点，实现了对线缆的保护功能，安全性高；
所述支撑组件组件包括限位槽11、支撑杆12和支撑轮13，所述支撑杆12的一端设置在所述限位槽11内，所述支撑杆12与所述限位槽11底部之间固定设有第二弹簧18，所述支撑轮13固定设置在所述支撑杆12的另一自由端，所述第二弹簧18为所述支撑轮13提供支持力使之紧贴于管道内壁，当管道内径变化，所述第二弹簧18发生相应弹性形变，使所述支撑组件的径向尺寸以适应管径变化；
所述调速组件包括定盘15、动盘16、电机19和传动轴20，所述动盘16盖在所述定盘15外，所述定盘15由定底盘151和定皮碗碗瓣152组成，所述定底盘151固定设置在所述前舱的右端，所述定皮碗碗瓣由弹性材料制成，所述定皮碗碗瓣固定在所述定底盘151的周边，所述动盘16由动底盘161和动皮碗碗瓣162组成，所述动底盘161设置在所述定底盘151的右端，所述动皮碗碗瓣由弹性材料制成，所述动皮碗碗瓣161固定在所述动底盘161的周边，所述电机19固定设置在所述前舱内，所述动底盘161通过所述传动轴20与所述电机20的输出轴连接，所述定盘15和所述动盘16上的每一个碗瓣都可以看做悬臂梁，通过弹性形变适应管径变化，维持对机器人的封闭支撑力。
进一步，为了降低流体阻力，优选的，所述动盘16的右端固定设有球弧状的前盖17。
优选的，所述定皮碗碗瓣152与所述动皮碗碗瓣162均由聚氨酯制成。
优选的，所述定底盘151与所述动底盘161均由不锈钢材料制成。
工作原理：
所述定盘15与所述动盘16组合成完整的驱动皮碗，通过控制所述动盘16与所述定盘15之间旁通缝隙的大小，管道内流体推动驱动皮碗从而带动管道机器人向前行走；
当管内流体速度过高时，所述电机19带动所述传动轴20带动所述动盘16转动一定角度，使端面上开启一定面积的泄流通道，让更多的流体通过驱动皮碗，降低机器人首尾压力差，从而降低流体对管道机器人所提供的驱动力，降低机器人运行速度；
当机器人运行速度过低，所述电机19带动所述传动轴20带动所述动盘16回转一定角度，电机驱动动盘转回一定角度，关闭旁通泄流通道，提高机器人首尾压差，进而提高机器人驱动力，速度提升；
综上所述，所述的一种流体压差驱动式管道机器人可在管道正常进行油气输送的工况下进行管道内检测。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未尽事宜为公知技术。
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 (6)
1.一种流体压差驱动式管道机器人，其特征在于，包括后舱(5)、前舱(14)、连接组件、支撑组件、里程组件和调速组件；
所述后舱(5)与所述前舱(14)通过所述连接组件连接，所述里程组件设置在所述后舱(5)的左端，所述后舱(5)的右端设置有不少于三组的所述支撑组件，所述前舱(14)的左端设置有不少于三组的所述支撑组件，所述调速组件设置在所述前舱(14)的右端；
所述里程组件包括不少于三组里程机构，每组所述里程机构包括里程轮杆(1)、里程轮(3)和第一弹簧(4)，所述里程轮杆(1)一端铰接在所述后舱(5)的左端面上，所述里程轮(3)均固定在所述里程轮杆(1)的另一端，所述第一弹簧(4)固定设置所述里程轮杆(1)与所述后舱(5)之间使所述里程轮杆(1)朝外展开；
所述连接组件包括第一万向节段(6)、中万向节管(7)、第二万向节段(8)、后万向节管(9)和前万向节管(10)，所述第一万向节段(6)与所述第二万向节段(8)结构相同且两端为球状体，所述后万向节管(9)固定设置在所述后舱(5)的右端，所述前万向节管(10)固定设置在所述前舱的左端，所述后万向节管(9)与所述中万向节管(7)之间通过所述第一万向节段(6)连接，所述中万向节管(7)与所述前万向节管(10)之间通过所述第二万向节段(8)连接；
所述支撑组件组件包括限位槽(11)、支撑杆(12)和支撑轮(13)，所述支撑杆(12)的一端设置在所述限位槽(11)内，所述支撑杆(12)与所述限位槽(11)底部之间固定设有第二弹簧(18)，所述支撑轮(13)固定设置在所述支撑杆(12)的另一自由端；
所述调速组件包括定盘(15)、动盘(16)、电机(19)和传动轴(20)，所述动盘(16)盖在所述定盘(15)外，所述定盘(15)由定底盘(151)和定皮碗碗瓣(152)组成，所述定底盘(151)固定设置在所述前舱的右端，所述定皮碗碗瓣由弹性材料制成，所述定皮碗碗瓣固定在所述定底盘(151)的周边，所述动盘(16)由动底盘(161)和动皮碗碗瓣(162)组成，所述动底盘(161)设置在所述定底盘(151)的右端，所述动皮碗碗瓣由弹性材料制成，所述动皮碗碗瓣(161)固定在所述动底盘(161)的周边，所述电机(19)固定设置在所述前舱内，所述动底盘(161)通过所述传动轴(20)与所述电机(20)的输出轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种流体压差驱动式管道机器人，其特征在于，所述里程轮杆(1)上还固定设有光电传感器(2)。
3.根据权利要求2所述的一种流体压差驱动式管道机器人，其特征在于，所述动盘(16)的右端固定设有球弧状的前盖(17)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种流体压差驱动式管道机器人，其特征在于，所述第一万向节段(6)与所述第二万向节段(8)均开设有左右贯穿的通线孔。
5.根据权利要求4所述的一种流体压差驱动式管道机器人，其特征在于，所述定皮碗碗瓣(152)与所述动皮碗碗瓣(162)均由聚氨酯制成。
6.根据权利要求5所述的一种流体压差驱动式管道机器人，其特征在于，所述定底盘(151)与所述动底盘(161)均由不锈钢材料制成。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117704197A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 管道机器人 |
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2022
- 2022-08-23 CN CN202211012095.XA patent/CN115306984A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117704197A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 管道机器人 |
| CN117704197B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-03 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | 管道机器人 |
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