CN204420457U - 一种可变结构的管道移动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机械自动化工程领域，具体地说是一种可变结构的管道移动机构，中心固定座的周向均布有多个电机传动机构，每个电机传动机构分别通过弹簧收缩机构与中心固定座相连，电机传动机构的两侧均安装有驱动机构；电机传动机构与中心固定座之间的径向距离通过弹簧收缩机构的伸缩改变、以自适应不同直径的管道，管道移动机构通过电机传动机构的驱动在不同直径的管道或变径的管道内移动，至少两个电机传动机构两侧的驱动机构在移动过程中始终与管道内壁抵接。本实用新型结构简单、紧凑，配套设备少且操作简单，能够自适应不同直径的管道，实现在管道中的前进、后退并能够随管道的弯曲进行转向。

Description

一种可变结构的管道移动机构

技术领域

本实用新型属于机械自动化工程领域，具体地说是一种可变结构的管道移动机构。

背景技术

随着经济和社会的发展，管道作为流体的主要输送设施，因其便捷性、经济性而得到广泛的应用。我国建设了大量的地下管道系统，用来输送天然气、石油和其它的流体。保障这些管道系统的安全性和有效性对我们国家的能源安全至关重要。但是随着使用年限的增加，管道不可避免的会出现老化、裂缝、腐蚀或者受到外来施工的破坏。如果不及时处理，一旦发生事故对国家、环境都会带来巨大的损失。因此定期对管道进行勘察和维护，就显得非常必要。

管道机器人作为一种有效的探测设备，可以深入人类无法到达的狭小空间内执行勘察任务。国内外均对管道机器人开展了相关研究。东京工业大学Sohichi Hirose教授等开发出用于中小管径的Thes系列轮式管道机器人。韩国CHOI等对多关节轮式管道机器人和差动驱动的轮式管道机器人进行了深入研究，研制出MRINSPECT系列管道机器人。国内哈尔滨工业大学邓宗全等人针对海底管道系统开发出六轮驱动的轮式管道机器人。上海大学钱晋武等人针对微小管道也开发出螺旋轮驱动的机器人。

轮式管道机器人大多存在结构尺寸大、转弯半径大等特点，适用于大直径管道的维护与检修。目前，国内外各种管道机器人存在转弯半径大、无法自适应各种不同直径管道等问题。

实用新型内容

为了解决现有管道机器人无法自适应不同直径管道的问题，本实用新型的目的在于提供一种可变结构的管道移动机构。该管道移动机构能够实现在直管道、“L”形或“T”形等绝大多数管道中自由前进、后退。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括中心固定座、弹簧收缩机构、电机传动机构及驱动机构，其中中心固定座的周向均布有多个电机传动机构，每个电机传动机构分别通过所述弹簧收缩机构与中心固定座相连，所述电机传动机构的两侧均安装有驱动机构；所述电机传动机构与中心固定座之间的径向距离通过弹簧收缩机构的伸缩改变、以自适应不同直径的管道，所述管道移动机构通过电机传动机构的驱动在不同直径的管道或变径的管道内移动，至少两个所述电机传动机构两侧的驱动机构在移动过程中始终与管道内壁抵接。

其中：所述弹簧收缩机构包括两组内折叠杆、外折叠杆、弹簧杆固定座及弹簧，所述电机传动机构的两端分别安装有弹簧杆固定座，每组中外折叠杆的一端分别铰接于所述弹簧杆固定座，每组中外折叠杆的另一端与该组中内折叠杆的一端铰接，每组中内折叠杆的另一端铰接于所述中心固定座上，每组中的弹簧缠绕在该组中所述内、外折叠杆的铰接处，所述弹簧的一端由所述弹簧杆固定座穿过、并连接于所述电机传动机构上，弹簧的另一端由所述内折叠杆与中心固定座的铰接处绕过、并连接于所述中心固定座上；每组中的内、外折叠杆各两根，两根内折叠杆相互平行，两根外折叠杆相互平行；所述两根内折叠杆的一端通过销轴与两根外折叠杆的另一端铰接，所述弹簧缠绕在所述销轴上；所述两根内折叠杆的另一端通过销轴与中心固定座铰接，所述弹簧的另一端由该销轴绕过，连接于所述中心固定座上；

所述中心固定座包括躯干、身座及内弹簧固定螺钉，该躯干的两端分别安装有身座，每端的身座分别与各弹簧收缩机构每组中内折叠杆的另一端铰接；所述躯干上设有内弹簧固定螺钉，每组中弹簧的另一端分别固定在所述内弹簧固定螺钉上；所述躯干为中空圆柱，两端的身座为圆环形，在所述躯干中间的圆周面上均布有多个内弹簧固定螺钉；

所述电机传动机构包括驱动电机、固定箱、传动机构及弹簧固定螺钉，该固定箱的两端分别安装有所述弹簧杆固定座，并在固定箱的两侧分别设有驱动机构；所述驱动电机位于固定箱内，通过所述传动机构驱动两侧的驱动机构移动；所述弹簧固定螺钉安装在固定箱上，所述弹簧的一端固定在弹簧固定螺钉上；所述传动机构包括锥齿轮轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带及同步带轮轴，该锥齿轮轴及同步带轮轴分别转动安装在所述固定箱上，第一锥齿轮与所述驱动电机的输出端相连，所述第二锥齿轮与第一同步带轮同轴安装在锥齿轮轴上，且第一、二锥齿轮啮合传动，所述第二同步带轮安装在同步带轮轴上，并通过所述同步带与第一同步带轮相连接；所述同步带轮轴的两端分别与固定箱两侧的驱动机构相连；所述锥齿轮轴与同步带轮轴相平行；

所述驱动机构包括履带轮、履带及履带轮挡板，所述固定箱每侧的履带轮数量相同、均为多个，每侧的各履带轮之间通过位于每侧各履带轮外侧的履带轮挡板相连，每侧的第一个履带轮分别与所述锥齿轮轴相连，所述履带套在各履带轮上。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型结构简单、紧凑，配套设备少且操作简单，能够自适应不同直径的管道，实现在管道中的前进、后退并能够随管道的弯曲进行转向，转向的角度在0～100度之间。

2.本实用新型的驱动电机不需要自动化设备的控制，一旦通电就能够实现前进、后退等功能。

3.本实用新型能够快速抵达管道中的问题管段，实现对管道的勘探、钻通、清障等任务。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的立体结构示意图；

图3为本实用新型中心固定座的结构示意图；

图4为本实用新型弹簧收缩机构的结构示意图；

图5为本实用新型电机传动机构的结构示意图；

图6为本实用新型驱动机构的结构示意图；

图7为本实用新型在直管中运动的示意图；

图8为本实用新型在“L”形管道中运动的示意图；

其中：1为中心固定座，101为躯干，102为身座，103为内弹簧固定螺钉，104为耳板，2为弹簧收缩机构，201为内折叠杆，202为外折叠杆，203为弹簧杆固定座，204为弹簧，3为电机传动机构，301为驱动电机，302为固定箱，303为锥齿轮轴，304为第一锥齿轮，305为第二锥齿轮，306为弹簧固定螺钉，4为驱动机构，401为履带轮，402为履带，403为履带轮挡板，5为直管道，6为“L”形管道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1、图2所示，本实用新型包括中心固定座1、弹簧收缩机构2、电机传动机构3及驱动机构4，其中在中心固定座1的圆周方向均布有多个电机传动机构3，每个电机传动机构3分别通过一个弹簧收缩机构2与中心固定座1相连，每个电机传动机构3的两侧均对称安装有驱动机构4。电机传动机构3与中心固定座1之间的径向距离通过弹簧收缩机构2的伸缩改变、以适应不同直径的管道，本实用新型的管道移动机构通过电机传动机构3的驱动在不同直径的管道内移动，至少一个电机传动机构3两侧的驱动机构4在移动过程中始终与管道内壁抵接。本实施例的弹簧收缩机构2及电机传动机构3均为三个。

如图3所示，中心固定座1包括躯干101、身座102及内弹簧固定螺钉103，该躯干101为中空圆柱，厚壁(5～6mm)，在躯干101的两端及中间加工有多个螺纹孔。在躯干101的两端分别通过螺纹孔固接有身座102，身座102为圆环形，并在身座102圆周方向均布有多组与弹簧收缩机构2连接的耳板104，该耳板104由圆环形的身座102沿径向向外延伸形成，每组中有两个相互平行的耳板。在躯干101的中间圆周方向上通过螺纹孔安装有多个内弹簧固定螺钉103，本实施例的耳板104为三组，内弹簧固定螺钉103为三个。

如图4所示，弹簧收缩机构2包括内折叠杆201、外折叠杆202、弹簧杆固定座203及弹簧204，其中内、外折叠杆201、202各两组、左右两侧对称分布，每组中的内、外折叠杆201、202均为两根，即内、外折叠杆201、202各四根，共八根；弹簧杆固定座203为两个，弹簧204为两根。每组中两根内折叠杆201相互平行，两根外折叠杆202相互平行。

如图5所示，电机传动机构3包括驱动电机301、固定箱302、传动机构及弹簧固定螺钉306，该固定箱302的两端分别固接有弹簧杆固定座203，并在固定箱302的两侧分别设有驱动机构4；驱动电机301位于固定箱302内，通过传动机构驱动两侧的驱动机构4移动，弹簧固定螺钉306安装在固定箱302的底部。

躯干101左右两端的身座102与固定箱302左右两端的弹簧杆固定座203相对应，位于左右两侧的两组内、外折叠杆201、202分别位于左右两端的身座102与弹簧杆固定座203之间。具体连接为：每组中两根外折叠杆202的一端分别铰接于弹簧杆固定座203，每组中两根外折叠杆202的另一端与该组中两根内折叠杆201的一端通过销轴铰接，每组中两根内折叠杆201的另一端分别通过销轴与身座102上的耳板104铰接，每组中的弹簧204的扭转部分缠绕在该组中内、外折叠杆201、202铰接的销轴上，每组中弹簧204的一端由弹簧杆固定座203穿过、并固定在弹簧固定螺钉306上，每组中弹簧204的另一端由内折叠杆201与耳板104铰接的销轴处绕过，并固定在内弹簧固定螺钉103上。弹簧收缩机构2通过弹簧204的弹力实现驱动模块的扩张直径和仰俯角度的自适应调节，使管道移动机构能够适应不同管径、渐变管径及弯转管道。

本实施例电机传动机构3中的传动机构包括锥齿轮轴303、第一锥齿轮304、第二锥齿轮305、第一同步带轮307、第二同步带轮308、同步带309及同步带轮轴310，该锥齿轮轴303及同步带轮轴310分别转动安装在固定箱302上、且相互平行，第二锥齿轮305及第一同步带轮307同轴固定在锥齿轮轴303的两端，第一锥齿轮304与驱动电机301的输出端相连，并与第二锥齿轮305相啮合。第二同步带轮308固定在同步带轮轴310上，并通过同步带309与第一同步带轮307相连接；同步带轮轴310的两端分别与固定箱302两侧的驱动机构4相连。

如图6所示，驱动机构4包括履带轮401、履带402及履带轮挡板403，本实施例固定箱302每侧的履带轮401数量相同、均为四个，每侧的四个履带轮401之间通过位于每侧各履带轮401外侧的一块履带轮挡板403相连，并在每侧的四个履带轮401上套有一条履带402；每侧的第一个履带轮401分别与锥齿轮轴303固接，与锥齿轮轴303上的第二锥齿轮305同步旋转。每侧中间的两个履带轮401能够防止履带402在运动过程中变形塌陷。驱动机构4安装在电机传动机构3上，电机传动机构3通过弹簧收缩机构2与中心固定座1相连，成为管道移动机构的一条“腿”；管道移动机构中有三条这样的“腿”，均匀分布在中心固定座1中躯干101的圆周上。

本实用新型的工作原理为：

如图7所示，将管道移动机构的三个驱动模块向中心固定座1中的躯干101方向压缩，使弹簧收缩机构2中的弹簧204变形，然后将管道移动机构沿管道方向放入直管道5中。放开后，弹簧收缩机构2中的弹簧204将向原来的状态变化，该管道移动机构的直径也将逐渐变大。当驱动机构4中的履带402接触到直管道5的管壁后，弹簧204停止变形，管壁对履带402产生正压力及摩擦力。此时，对三个电机传动机构3中的驱动电机301通电使其旋转，运动通过第一、二锥齿轮304、305及第一、二同步带轮307、308传递到履带轮401和履带402上，实现管道移动机构的前进。当将通入驱动电机301的电流方向改变，驱动电机301实现反转，则带动管道移动机构后退。

如图8所示，将管道移动机构放入“L”形管道6的入口；当管道移动机构通过直管段接触到“L”形管段时，驱动管道移动机构向前。由于“L”形弧度外侧的管壁一直保持与履带402接触，而内侧的管壁则在转弯处与履带402脱离，所以“L”形弧度外侧的管壁通过履带402对管道移动机构产生一个与弯管弧度的切线方向相同的摩擦力，在该摩擦力的带动下使管道移动机构转向，当管道移动机构进入下一段直管段时继续前进。

Claims (9)

1.一种可变结构的管道移动机构，其特征在于：包括中心固定座(1)、弹簧收缩机构(2)、电机传动机构(3)及驱动机构(4)，其中中心固定座(1)的周向均布有多个电机传动机构(3)，每个电机传动机构(3)分别通过所述弹簧收缩机构(2)与中心固定座(1)相连，所述电机传动机构(3)的两侧均安装有驱动机构(4)；所述电机传动机构(3)与中心固定座(1)之间的径向距离通过弹簧收缩机构(2)的伸缩改变、以自适应不同直径的管道，所述管道移动机构通过电机传动机构(3)的驱动在不同直径的管道或变径的管道内移动，至少两个所述电机传动机构(3)两侧的驱动机构(4)在移动过程中始终与管道内壁抵接。

2.按权利要求1所述可变结构的管道移动机构，其特征在于：所述弹簧收缩机构(2)包括两组内折叠杆(201)、外折叠杆(202)、弹簧杆固定座(203)及弹簧(204)，所述电机传动机构(3)的两端分别安装有弹簧杆固定座(203)，每组中外折叠杆(202)的一端分别铰接于所述弹簧杆固定座(203)，每组中外折叠杆(202)的另一端与该组中内折叠杆(201)的一端铰接，每组中内折叠杆(201)的另一端铰接于所述中心固定座(1)上，每组中的弹簧(204)缠绕在该组中所述内、外折叠杆(201、202)的铰接处，所述弹簧(204)的一端由所述弹簧杆固定座(203)穿过、并连接于所述电机传动机构(3)上，弹簧(204)的另一端由所述内折叠杆(201)与中心固定座(1)的铰接处绕过、并连接于所述中心固定座(1)上。

3.按权利要求2所述可变结构的管道移动机构，其特征在于：每组中的内、外折叠杆(201、202)各两根，两根内折叠杆(201)相互平行，两根外折叠杆(202)相互平行；所述两根内折叠杆(201)的一端通过销轴与两根外折叠杆(202)的另一端铰接，所述弹簧(204)缠绕在所述销轴上；所述两根内折叠杆(201)的另一端通过销轴与中心固定座(1)铰接，所述弹簧(204)的另一端由该销轴绕过，连接于所述中心固定座(1)上。

4.按权利要求2或3所述可变结构的管道移动机构，其特征在于：所述中心固定座(1)包括躯干(101)、身座(102)及内弹簧固定螺钉(103)，该躯干(101)的两端分别安装有身座(102)，每端的身座(102)分别与各弹簧收缩机构(2)每组中内折叠杆(201)的另一端铰接；所述躯干(101)上设有内弹簧固定螺钉(103)，每组中弹簧(204)的另一端分别固定在所述内弹簧固定螺钉(103)上。

5.按权利要求4所述可变结构的管道移动机构，其特征在于：所述躯干(101)为中空圆柱，两端的身座(102)为圆环形，在所述躯干(101)中间的圆周面上均布有多个内弹簧固定螺钉(103)。

6.按权利要求2或3所述可变结构的管道移动机构，其特征在于：所述电机传动机构(3)包括驱动电机(301)、固定箱(302)、传动机构及弹簧固定螺钉(306)，该固定箱(302)的两端分别安装有所述弹簧杆固定座(203)，并在固定箱(302)的两侧分别设有驱动机构(4)；所述驱动电机(301)位于固定箱(302)内，通过所述传动机构驱动两侧的驱动机构(4)移动；所述弹簧固定螺钉(306)安装在固定箱(302)上，所述弹簧(204)的一端固定在弹簧固定螺钉(306)上。

7.按权利要求6所述可变结构的管道移动机构，其特征在于：所述传动机构包括锥齿轮轴(303)、第一锥齿轮(304)、第二锥齿轮(305)、第一同步带轮(307)、第二同步带轮(308)、同步带(309)及同步带轮轴(310)，该锥齿轮轴(303)及同步带轮轴(310)分别转动安装在所述固定箱(302)上，第一锥齿轮(304)与所述驱动电机(301)的输出端相连，所述第二锥齿轮(305)与第一同步带轮(307)同轴安装在锥齿轮轴(303)上，且第一、二锥齿轮(304、305)啮合传动，所述第二同步带轮(308)安装在同步带轮轴(310)上，并通过所述同步带(309)与第一同步带轮(307)相连接；所述同步带轮轴(310)的两端分别与固定箱(302)两侧的驱动机构(4)相连。

8.按权利要求7所述可变结构的管道移动机构，其特征在于：所述锥齿轮轴(303)与同步带轮轴(310)相平行。

9.按权利要求6所述可变结构的管道移动机构，其特征在于：所述驱动机构(4)包括履带轮(401)、履带(402)及履带轮挡板(403)，所述固定箱(302)每侧的履带轮(401)数量相同、均为多个，每侧的各履带轮(401)之间通过位于每侧各履带轮(401)外侧的履带轮挡板(403)相连，每侧的第一个履带轮(401)分别与所述锥齿轮轴(303)相连，所述履带(402)套在各履带轮(401)上。