CN203273187U - 一种流体驱动的管道机器人行走装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种天然气管道的维护装置，具体是一种天然气管道的机器人。目的是提供一种流体驱动的管道机器人行走装置，该装置应能在各种管道内部进行长时间和长距离的行走，并同时具有转向准确、结构简单和成本较低的特点。技术方案是：一种流体驱动的管道机器人行走装置，该行走装置固定在机壳底部，包括起支撑和推动作用的步行机构，其特征在于：该行走装置还包括将管道内气流动能转换为行走装置动力的风叶组、将风叶组动力传递给步行机构的传动机构以及由传动机构驱动以联动配合步行机构的摇杆机构。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种天然气管道的维护装置，具体是一种天然气管道的机器人。
背景技术
天然气管道是一种长距离输气的重要设备，但是长时间运行后管道内部会沉积大量杂质，在高压环境下非常容易发生腐蚀作用，严重影响了管道运行的效率和安全。而管道机器人是一种行走在管道内部并携带多种传感器和操作机械的装置，能够在封闭的管道内部环境中进行检测和维护作业，并且自20世纪70年代以来，随着石油、化工、天然气及核工业的发展及管道维护需求的增加，管道机器人的研究取得了快速发展。我国的管道机器人研究自20世纪80年代起，有包括沈阳自动化研究所、大庆石油管理局、胜利油田以及国内多所高校在内的单位都进行了这方面的研究工作，并且研制出了多种型号的管道机器人。
目前的管道机器人主要通过外加能源进行驱动，存在移动距离短、工作时间有限和难以过弯等缺陷，而且管道内过快的气流速度容易导致机器人失去控制，因此还有待进一步地改进。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种流体驱动的管道机器人行走装置，该装置应能在各种管道内部进行长时间和长距离的行走，并同时具有转向准确、结构简单和成本较低的特点。
本实用新型的技术方案是：一种流体驱动的管道机器人行走装置，该行走装置固定在机壳底部，包括起支撑和推动作用的步行机构，其特征在于：该行走装置还包括将管道内气流动能转换为行走装置动力的风叶组、将风叶组动力传递给步行机构的传动机构以及由传动机构驱动以联动配合步行机构的摇杆机构；
所述风叶组为一对设置在行走装置后部的风叶；
所述传动机构包括两条水平设置在行走装置长度方向上的驱动轴、分别通过蜗轮蜗杆机构引入驱动轴动力以驱动步行机构的两条曲轴以及分别通过齿轮组一一引入每个曲轴两端动力以驱动摇杆机构的四个转动杆；所述驱动轴包括安装有风叶的后轴以及通过伸缩旋转机构与后轴连接的前轴；
所述摇杆机构包括固定在转动杆顶端的凸轮、与机壳固定的固定轴、可转动地铰接在固定轴上的侧脚、两端分别铰接在侧脚和机壳上以用于将侧脚紧贴在凸轮外圆周面上的弹簧。
所述步行机构包括四个可形变的步行足；步行足的中心轴可转动地铰接在机壳上，步行足的驱动臂可转动地铰接在曲轴的曲柄上；每个曲轴上铰接并驱动一对步行足。
所述蜗轮蜗杆机构包括制于前轴和后轴上的蜗杆以及固定在每个曲轴的两侧并与蜗杆啮合的蜗轮。
所述齿轮组包括固定在每个曲轴两端的锥齿轮以及固定在转动杆底端并与锥齿轮啮合的转动杆锥齿轮。
所述伸缩旋转机构包括分别制成管状且壁部制有轴向滑动槽前轴和后轴、可滑动地插入前轴内腔且其外壁上的凸台与前述滑动槽滑动配合的前轴滑动杆、可滑动地插入后轴内腔且其外壁上的凸台与前述滑动槽动配合的后轴滑动杆、以及两端同时连接前轴滑动杆与后轴滑动杆的万向节。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型不受外部能源供给的制约，可以将管道内的气流动能转化为机械能来驱动步行机构与摇杆机构进行联动，并以间歇前行的方式行驶在管道内部，具有较长的工作时间和较远的移动距离，并且本实用新型能够在不同直径的管道中稳定行驶，过弯时转向较为准确，同时本实用新型的结构也比较简单，生产成本也较低。
附图说明
图1是本实用新型的主视结构示意图。
图2是本实用新型的仰视结构示意图。
图3是本实用新型中步行足的立体视结构示意图。
图4是本实用新型中步行足的运行状态示意图。
图5是本实用新型中步行足的运行状态示意图。
图6是本实用新型中摇杆机构的俯视结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。
如图1所示，一种流体驱动的管道机器人行走装置（该行走装置固定在机壳底部并驱动机壳在管道内前进，机壳内一般设置有多种传感器和操作装置）；该行走装置主要包括：起支撑和推进作用的步行机构、用于将管道内气流动能转换为机械能的风叶组、连接风叶组和步行机构的传动机构以及由传动机构驱动以联动配合步行机构的摇杆机构。
风叶组为一对设置在行走装置后部的风叶1，风叶在管道内高速气流的驱使下转动，并通过传动机构将能量传递给步行机构和摇杆机构，从而带动行走装置前进；该风叶的转动轴线位于行走装置的长度方向上。
传动机构主要包括：两条驱动轴、两条曲轴2以及四个转动杆3。
两条驱动轴的轴线位于行走装置的长度方向上并且布置在同一水平面内；每个驱动轴由前轴8和后轴9组成；后轴与风叶同轴连接，后轴通过伸缩旋转机构与前轴连接；该伸缩旋转机构包括分别制成管状且壁部制有轴向滑动槽13的前轴和后轴、可滑动地插入前轴内腔中并制有凸台的前轴滑动杆8-1（该凸台为制于前轴外壁上的前轴凸台14-1，前轴凸台滑动定位在前轴滑动槽中，前轴滑动杆与前轴可在转动时进行伸缩）、可滑动地插入后轴内腔中并制有凸台的后轴滑动杆9-1（该凸台为制于后轴外壁上的后轴凸台14-2，后轴凸台滑动定位在后轴滑动槽中，后轴滑动杆与后轴也可在转动时进行伸缩）、以及两端同时连接前轴滑动杆与后轴滑动杆的万向节10（万向节可改变前轴和后轴的轴线方向）；当风叶驱动后轴转动时，前轴与后轴能通过伸缩旋转机构在同时转动的情况下实现伸缩（改变整个行走装置的长度）和弯曲（改变前轴和后轴的轴线方向进行转弯）。
两条驱动轴通过蜗轮蜗杆机构将动力引入两条曲轴上，靠前设置的曲轴分别连接在两条前轴上，靠后设置的曲轴分别连接在两条后轴上；蜗轮蜗杆机构包括分别制于前轴和后轴上的蜗杆12以及通过平键固定在每个曲轴两侧的蜗轮2-1，蜗杆与蜗轮啮合；蜗轮蜗杆机构能够将驱动轴的高速转动转化为曲轴的低转速高扭矩转动以驱动步行机构运动。
两条曲轴通过齿轮组将动力一一引入四个转动杆；齿轮组包括通过平键固定在每个曲轴两端的锥齿轮2-2（锥齿轮位于蜗轮外侧）以及固定在每个转动杆底端的转动杆锥齿轮3-1，锥齿轮与转动杆锥齿轮啮合；在曲轴的驱动下，转动杆带动摇杆机构运动以联动配合步行机构。
摇杆机构主要由四个相同部分组成；每个部分包括固定在转动杆顶端的凸轮4（转动杆为凸轮的转动轴心）、固定在机壳上的固定轴11（固定轴的轴线在竖直方向上）、可转动地铰接在固定轴上的侧脚5（侧脚可绕固定轴转动）、两端分别铰接在侧脚和机壳上的弹簧6；在弹簧的弹力作用下，侧脚将紧贴在凸轮的外圆周面上；当转动杆带动凸轮转动时，侧脚在凸轮的顶压作用以及弹簧的拉力作用下能绕竖直轴线形成有规律摆动；当侧脚往管道的宽度方向摆动时，侧脚能够顶压管道的圆形内壁，从而由管道侧壁将行走装置托持支撑进行锁定。
步行机构包括四个由可形变步行足7，每个曲轴上均安装一对步行足；每个步行足包括可形变的四边形框架、固定在四边形框架上端的上三棱锥体、固定在四边形框架下端的下三棱锥体以及驱动臂；驱动臂由可转动地铰接在上三棱锥体上顶点的上驱动臂7-3以及可转动地铰接在四边形框架上的下驱动臂7-4组成，上驱动臂和下驱动臂的另一端点均可转动地铰接在曲轴的曲柄上；四边形框架中的中心轴7-1可转动地铰接在机壳上；曲轴转动时能够通过上驱动臂和下驱动臂推动四边形框架发生形变，并带动下三棱锥体有规律的运动（下三棱锥体的下顶点为作用管道内壁上的施力点）；该步行足为现有技术，可外购获得。
本实用新型的工作原理：
管道内的气流动能被风叶吸收后，该能量将依次通过驱动轴（前轴和后轴）、曲轴传递到步行足上，或者由曲轴、转动杆、凸轮传递到侧脚上；并且，由同一曲轴带动的步行机构和摇杆机构在运行时通过相互配合形成了两种工作状态：
一、前进状态；当侧脚在凸轮的作用下向内收缩时，步行足作用在管道内壁上起到支撑重量和推动前进的作用；
二、锁定状态；当侧脚在凸轮的作用下向两侧打开时，步行足将结束推进动作向上抬起，此时侧脚起到防止行走装置下落的作用（圆弧形的管道内壁能够通过侧脚托住行走装置，使得行走装置维持在与前进状态时的相同高度）。
由于两条曲轴的转动角度相差180度，因此当前轴驱动的前半部分行走装置位于前进状态时，由后轴驱动的后半部分位于锁定状态；当由前轴驱动的前半部分行走装置位于锁定状态时，由后轴驱动的后半部分位于前进状态；因此，通过驱动杆的伸缩，前半部分行走装置与后半部分行走装置将以依次向前移动的方式在管道内前进；在前进时，行走装置还能通过的万向节进行转向，以适应转弯、爬坡、下坡等各种管道内部环境。
Claims (5)
1.一种流体驱动的管道机器人行走装置，该行走装置固定在机壳底部，包括起支撑和推动作用的步行机构，其特征在于：该行走装置还包括将管道内气流动能转换为行走装置动力的风叶组、将风叶组动力传递给步行机构的传动机构以及由传动机构驱动以联动配合步行机构的摇杆机构；
所述风叶组为一对设置在行走装置后部的风叶（1）；
所述传动机构包括两条水平设置在行走装置长度方向上的驱动轴、分别通过蜗轮蜗杆机构引入驱动轴动力以驱动步行机构的两条曲轴（2）以及分别通过齿轮组一一引入每个曲轴两端动力以驱动摇杆机构的四个转动杆（3）；所述驱动轴包括安装有风叶的后轴（9）以及通过伸缩旋转机构与后轴连接的前轴（8）；
所述摇杆机构包括固定在转动杆顶端的凸轮（4）、与机壳固定的固定轴（11）、可转动地铰接在固定轴上的侧脚（5）、两端分别铰接在侧脚和机壳上以用于将侧脚紧贴在凸轮外圆周面上的弹簧（6）。
2.根据权利要求1所述的一种流体驱动的管道机器人行走装置，其特征在于：所述步行机构包括四个可形变的步行足（7）；步行足的中心轴（7-1）可转动地铰接在机壳上，步行足的驱动臂可转动地铰接在曲轴的曲柄上；每个曲轴上铰接并驱动一对步行足。
3.根据权利要求2所述的一种流体驱动的管道机器人行走装置，其特征在于：所述蜗轮蜗杆机构包括制于前轴和后轴上的蜗杆（12）以及固定在每个曲轴两侧并与蜗杆啮合的蜗轮（2-1）。
4.根据权利要求3所述的一种流体驱动的管道机器人行走装置，其特征在于：所述齿轮组包括固定在每个曲轴两端的锥齿轮（2-2）以及固定在转动杆底端并与锥齿轮啮合的转动杆锥齿轮（3-1）。
5.根据权利要求4所述的一种流体驱动的管道机器人行走装置，其特征在于：所述伸缩旋转机构包括分别制成管状且壁部制有轴向滑动槽（13）的前轴和后轴、可滑动地插入前轴内腔且其外壁上的凸台与前述滑动槽滑动配合的前轴滑动杆（8-1）、可滑动地插入后轴内腔且其外壁上的凸台与前述滑动槽动配合的后轴滑动杆（9-1）、以及两端同时连接前轴滑动杆与后轴滑动杆的万向节（10）。
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