CN214579708U - 管道内爬行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种管道内爬行器，属于检测设备技术领域，包括微型集成液压站、与微型集成液压站连通的行走液压缸和分设于行走液压缸前后两端的支撑单元；支撑单元包括顶紧液压缸、支撑机构和顶紧机构，顶紧液压缸与微型集成液压站连通，顶紧液压缸的缸筒与行走液压缸的缸杆或缸筒铰接；支撑机构包括支撑架和连接于支撑架的支撑轮；顶紧机构包括顶杆、连杆和支脚，顶杆的两端分别与支脚和顶紧液压缸的缸杆铰接，连杆的两端分别与顶杆和顶紧液压缸的缸筒铰接。本实用新型利用微型集成液压站作为动力源，可以实现在有介质和无介质的管道内稳定地爬行，具有良好的自锁功能，防止在前进时倒退，可以在大倾角的管道中使用，也具有良好的过弯能力。

Description

管道内爬行器

技术领域

本实用新型属于检测设备技术领域，更具体地说，是涉及一种管道内爬行器。

背景技术

近几十年来，石油、化工、天然气及核工业等产业迅速发展，各种管道作为一种重要的物料输送设施，得到了广泛应用。同时由于腐蚀、重压等作用,管道不可避免地会出现裂纹、漏孔等现象。受空间或地理位置的限制，人们很难直接介入管道内部，使人工检修不仅困难，而且成本高。

在现代计算机技术和机械制造技术的促进下，管内机器人便应运而生，管道内机器人通常担负的作业任务有管道内图像收集、管道缺陷检测探伤、清淤、修复等。这要求管道内机器人具有良好的运动性能、负载能力和较高的可靠性。

管道爬行器作为拖动单元是管内机器人的关键单元，可以在管道所属的特定空间内工作，可以携带各种检测仪器或作业装置，在操作人员的遥控或自主控制下进入管道内，完成诸如管道缺陷探伤、防腐涂层的检测及涂敷、管内异物的识别及清除、管内加工、管内清理等作业任务。

目前，管道爬行器的驱动方式主要有介质压差驱动和自主行走两种类型，具有自主行走能力的爬行器按驱动形式的不同，分为轮式管内移动、履带式管内移动、蠕动式管内移动等类型。管道在弯管处的小曲率，需要爬行器及仪器串能够很顺利地通过。

管道爬行器在管道检测及维修中承担了重要的角色，爬行机构的稳定性和可靠性是机器人工作的前提和基础。管道爬行器在作业过程中，其运行速度的快慢、平稳性，以及过弯能力、越障能力等运动性能直接关系到作业效果的好坏。目前公开的管道爬行器，爬行动力不足，行走稳定性及行走速度等方面还有待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种管道内爬行器，能够提高爬行器的动力、提高行走速度和行走的稳定性，并具有良好的过弯能力。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：提供一种管道内爬行器，包括：微型集成液压站、与所述微型集成液压站连通的行走液压缸和分设于所述行走液压缸前后两端的支撑单元；

所述支撑单元包括顶紧液压缸、支撑机构和顶紧机构，所述顶紧液压缸与所述微型集成液压站连通，所述顶紧液压缸的缸筒与所述行走液压缸的缸杆或缸筒铰接；

所述支撑机构包括支撑架和连接于所述支撑架的支撑轮，所述支撑架安装于所述顶紧液压缸的缸筒上，所述支撑轮随所述行走液压缸的伸缩动作始终沿管道内壁行进；

所述顶紧机构包括顶杆、连杆和支脚，所述顶杆的两端分别与所述支脚和所述顶紧液压缸的缸杆铰接，所述连杆的两端分别与所述顶杆和所述顶紧液压缸的缸筒铰接；

所述爬行器在管道内行走时，位于运动方向前端的所述顶紧液压缸的缸杆伸出，带动相连的所述支脚脱离管壁，所述行走液压缸的缸杆伸出，推动前端的所述支撑单元前进；然后，前端的所述顶紧液压缸的缸杆缩回，推动相连的所述支脚顶紧管壁；然后，位于运动方向后端的所述顶紧液压缸伸出，带动相连的所述支脚脱离管壁，所述行走液压缸的缸杆缩回，拉动后端的所述支撑单元前进；所述顶紧液压缸和所述行走液压缸循环动作，实现所述爬行器行进。

在一种可能的实现方式中，每个所述支撑单元均包括多个所述顶紧机构和多个所述支撑机构，所述顶紧机构和所述支撑机构沿管道周向交替设置。

在一种可能的实现方式中，所述连杆铰接在所述顶杆的中部。

在一种可能的实现方式中，所述支脚具有与管道内壁适配的弧形面。

在一种可能的实现方式中，所述支脚与所述管道相抵的弧形面上设有橡胶垫。

在一种可能的实现方式中，所述支撑机构中，所述支撑架包括第一连接臂、第二连接臂、导向杆和弹性件；所述第一连接臂的两端分别铰接所述支撑轮和所述顶紧液压缸的缸筒；所述第二连接臂的一端铰接所述支撑轮，所述第二连接臂的另一端铰接在与所述导向杆滑动配合的滑块上；所述导向杆的两端连接在所述顶紧液压缸的缸筒上，所述弹性件套装在所述导向杆上，所述弹性件的一端连接所述滑块，所述弹性件的另一端连接所述顶紧液压缸的缸筒；所述支撑轮沿凹凸管壁行进，通过所述滑块压缩所述弹性件，实现所述支撑轮与管壁时时保持紧密接触。

在一种可能的实现方式中，所述顶紧液压缸的缸筒上设有连接板和定位板，所述第一连接臂的一端铰接于所述连接板上，所述导向杆连接于所述连接板和定位板之间。

在一种可能的实现方式中，每个所述支撑轮的两侧均设有一个所述第一连接臂和一个第二连接臂。

在一种可能的实现方式中，所述第一连接臂通过销轴与所述顶紧液压缸的缸筒铰接，所述第二连接臂通过销轴与所述滑块铰接。

在一种可能的实现方式中，所述行走液压缸的两端通过球铰式万向联轴器与所述顶紧液压缸铰接。

本实用新型提供的管道内爬行器的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型管道内爬行器，爬行器在管道内行走时，位于运动方向前端的所述顶紧液压缸的缸杆伸出，带动相连的支脚脱离管壁，行走液压缸的缸杆伸出，推动前端的支撑单元前进；然后，前端的顶紧液压缸的缸杆缩回，推动相连的支脚顶紧管壁；然后，位于运动方向后端的顶紧液压缸的缸杆伸出，带动相连的支脚脱离管壁，行走液压缸的缸杆缩回，拉动后端的支撑单元前进；顶紧液压缸和行走液压缸循环动作，实现爬行器行进。

本实用新型利用微型集成液压站作为动力源，提供强劲的动力，可以实现在有介质和无介质的管道内稳定地爬行，两端的顶紧机构始终保持一个与管壁顶紧，具有良好的自锁功能，防止在前进时倒退，因此可以在大倾角的管道中使用；液压提供的动力源具有较大的牵引力、较强的爬坡能力和环境适应能力，结合行走液压缸与顶紧液压缸的铰接，可以通过水平直管、各角度弯管、斜坡管、垂直管等；而且该爬行器结构简单、安装方便、使用灵活、工作可靠、成本较低，具有很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例采用的管道内爬行器的支撑状态的结构示意图；

图2为本实用新型实施例采用的管道内爬行器支撑机构、顶紧机构周向布置示意图；

图3为本实用新型实施例采用的管道内爬行器的支撑机构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例采用的管道内爬行器的顶紧机构的结构示意图；

图5为本实用新型实施例采用的管道内爬行器后端顶紧机构顶紧、前端顶紧机构收回、行走液压缸缩回状态的结构示意图；

图6为本实用新型实施例采用的管道内爬行器后端顶紧机构顶紧、前端顶紧机构收回、行走液压缸伸出状态的结构示意图；

图7为本实用新型实施例采用的管道内爬行器后端顶紧机构收回、前端顶紧机构顶紧、行走液压缸伸出状态的结构示意图；

图8为本实用新型实施例采用的管道内爬行器后端顶紧机构收回、前端顶紧机构顶紧、行走液压缸缩回状态的结构示意图。

图中：1、管道；2、顶紧液压缸；3、球铰式万向联轴器；4、行走液压缸；5、微型集成液压站；6、电控单元；7、顶紧机构；71、顶杆；72、支脚；73、橡胶垫；74、连杆；8、支撑机构；81、连接板；82、导向杆；83、支撑轮；84、第二连接臂；85、滑块；86、弹性件；87、定位板；88、第一连接臂。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图8所示的管道内爬行器的一个具体实施方式，包括微型集成液压站5、与微型集成液压站5连通的行走液压缸4和分设于行走液压缸4前后两端的支撑单元；支撑单元包括顶紧液压缸2、支撑机构8和顶紧机构7，顶紧液压缸2与微型集成液压站5连通，顶紧液压缸2的缸筒与行走液压缸4的缸杆或缸筒铰接；支撑机构8包括支撑架和连接于支撑架的支撑轮83，支撑架安装于顶紧液压缸2的缸筒上，支撑轮83随行走液压缸4的伸缩动作始终沿管道1内壁行进；顶紧机构7包括顶杆71、连杆74和支脚72，顶杆71的两端分别与支脚72和顶紧液压缸2的缸杆铰接，连杆74的两端分别与顶杆71和顶紧液压缸2的缸筒铰接；爬行器在管道1内行走时，位于运动方向前端的顶紧液压缸2的缸杆伸出，带动相连的支脚72脱离管壁，行走液压缸4的缸杆伸出，推动前端的支撑单元前进；然后，前端的顶紧液压缸2的缸杆缩回，推动相连的支脚72顶紧管壁；然后，位于运动方向后端的顶紧液压缸2的缸杆伸出，带动相连的支脚72脱离管壁，行走液压缸4的缸杆缩回，拉动后端的支撑单元前进；顶紧液压缸2和行走液压缸4循环动作，实现爬行器行进。

本实用新型提供的管道内爬行器，与现有技术相比，利用微型集成液压站5作为动力源，提供强劲的动力，可以实现在有介质和无介质的管道1内稳定地爬行，两端的顶紧机构7始终保持一个与管壁顶紧，具有良好的自锁功能，防止在前进时倒退，因此可以在大倾角的管道1中使用；液压提供的动力源具有较大的牵引力、较强的爬坡能力和环境适应能力，结合行走液压缸4与顶紧液压缸2的铰接，可以通过水平直管、各角度弯管、斜坡管、垂直管等，具有良好的过弯能力；而且该爬行器结构简单、安装方便、使用灵活、工作可靠、成本较低，具有很好的实用性。

本实用新型提供的管道内爬行器的动作过程如下：

(1)位于后端的顶紧液压缸2的缸杆缩回，带动顶杆71杆向连杆74方向靠拢，顶杆71与连杆74的夹角变小，支起顶杆71，顶杆71推动支脚72径向顶紧管壁；位于运动方向前端的顶紧液压缸2的缸杆伸出，带动顶杆71远离连杆74，顶杆71与连杆74的夹角增大，带动相连的支脚72脱离管壁，此时行走液压缸4的缸杆处于缩回状态，参见图5所示；

(2)行走液压缸4无杆腔进油，行走液压缸4的缸杆伸出，推动前端的顶紧液压缸2前进，参见图6所示；

(3)前端的顶紧液压缸2的缸杆缩回，带动顶杆71杆向连杆74方向靠拢，支起顶杆71，顶杆71推动支脚72径向顶紧管壁；然后，后端的顶紧液压缸2的缸杆伸出，后端的顶紧机构7的支脚72脱离管壁，参见图7；

(4)行走液压缸4有杆腔进油，拉动后端顶紧液压缸2前进，参见图8。

在爬行器行走过程中，支撑轮83始终支撑在管壁上，使爬行器支撑可靠行走稳定。

上述(1)-(4)为一个动作循环，往复循环，实现爬行器行进。

上述特征支撑单元可以采用如下实施方式，参见图2，每个支撑单元均包括多个顶紧机构7和多个支撑机构8，顶紧机构7和支撑机构8沿管道1周向交替设置。能够保证行走的快速和稳定。

本实施例中，参见图1、图2、图5至图8，前后两端的支撑单元以微型集成液压站5为中心，镜像设置。其中，后端的顶紧液压缸2的缸筒与行走液压缸4的缸杆铰接，前端的顶紧液压缸2的缸筒与行走液压缸4的缸筒铰接。

本实施例中的方向是以爬行器前行方向为参照，参照图5至图8图示中箭头方向为前进方向，实际上向左和向右都可以作为前行方向，本文提供的爬行器本身没有前后方向区分，两端的支撑单元均可以作为前端，也可以作为后端。

其中，在微型集成液压站5上还集成有电控单元6，为微型集成液压站5提供电力能源，并对行走液压缸4和顶紧液压缸2的动作进行顺序控制。

上述顶紧机构7的一种改进实施方式，参见图4至图8，连杆74铰接在顶杆71的中部，对顶杆71起到支撑的作用。连杆74与顶杆71通过销轴连接，顶杆71的下端与顶紧液压缸2的缸杆通过销轴连接在一起，连杆74与顶紧液压缸2的缸筒通过销轴连接在一起。

上述顶紧机构7中支脚72的一种改进实施方式，参见图4至图8，支脚72具有与管道1内壁适配的弧形面。通过适配的弧形面，增大与管道1内壁的接触面，从而提高支撑的可靠性和行走的稳定性。

作为一种改进实施方式，上述的顶紧机构7中，参见图4至图8，支脚72与所述管道1相抵的弧形面上设有橡胶垫73。在支脚72顶紧管壁的同时，可以增大支脚72与管壁之间的摩擦阻力，并实现对管壁的保护。

作为支撑机构8的一种改进实施方式，参见图1至图3，支撑架包括第一连接臂88、第二连接臂84、导向杆82和弹性件86；第一连接臂88的两端分别铰接支撑轮83和顶紧液压缸2的缸筒；第二连接臂84的一端铰接支撑轮83，第二连接臂84的另一端铰接在与导向杆82滑动配合的滑块85上；导向杆82的两端连接在顶紧液压缸2的缸筒上，弹性件86套装在导向杆82上，弹性件86的一端连接滑块85，弹性件86的另一端连接顶紧液压缸2的缸筒；支撑轮83沿凹凸管壁行进，通过滑块85压缩弹性件86，实现支撑轮83与管壁始终保持紧密接触。

本实施例中，弹性件86为压簧；滑块85可以沿着导向杆82滑动，当管内壁有凸起变形时，滑块85压缩压簧，变形恢复时，在压簧的作用下，滑块85复位，保证支撑轮83与管壁的紧密接触。本文附图给出的支撑机构8每端周向均匀布置三个，轴向布置两处，每个支撑轮83可以独立动作，具有较强的灵活性。

作为上述支撑机构8的一种改进实施方式，参见图1及图3，顶紧液压缸2的缸筒上设有连接板81和定位板87，第一连接臂88的一端铰接于连接板81上，导向杆82连接于连接板81和定位板87之间。连接板81和定位板87焊接固定，也可以螺栓固定。

作为上述支撑机构8的一种改进实施方式，参见图1至图3，每个支撑轮83的两侧均设有一个第一连接臂88和一个第二连接臂84。能够提高支撑的可靠性和稳定性。

作为上述支撑机构8的一种改进实施方式，参见图1及图3，第一连接臂88通过销轴与顶紧液压缸2的缸筒铰接，第二连接臂84通过销轴与滑块85铰接。

作为爬行器一种改进实施方式，参见图1、图5至图8，行走液压缸4的两端通过球铰式万向联轴器3与顶紧液压缸2铰接。能够随意改变方向，可适应不同的管道1曲率和管道1变向，增强了管道1爬行器在管道1内运动的灵活性和通过能力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.管道内爬行器，其特征在于，包括：微型集成液压站、与所述微型集成液压站连通的行走液压缸和分设于所述行走液压缸前后两端的支撑单元；

所述支撑单元包括顶紧液压缸、支撑机构和顶紧机构，所述顶紧液压缸与所述微型集成液压站连通，所述顶紧液压缸的缸筒与所述行走液压缸的缸杆或缸筒铰接；

所述支撑机构包括支撑架和连接于所述支撑架的支撑轮，所述支撑架安装于所述顶紧液压缸的缸筒上，所述支撑轮随所述行走液压缸的伸缩动作始终沿管道内壁行进；

所述顶紧机构包括顶杆、连杆和支脚，所述顶杆的两端分别与所述支脚和所述顶紧液压缸的缸杆铰接，所述连杆的两端分别与所述顶杆和所述顶紧液压缸的缸筒铰接；

所述爬行器在管道内行走时，位于运动方向前端的所述顶紧液压缸的缸杆伸出，带动相连的所述支脚脱离管壁，此时，所述行走液压缸缸杆伸出，推动前端的所述支撑单元前进；然后，前端的所述顶紧液压缸的缸杆缩回，推动相连的所述支脚顶紧管壁；然后，位于运动方向后端的所述顶紧液压缸伸出，带动相连的所述支脚脱离管壁，所述行走液压缸的缸杆缩回，拉动后端的所述支撑单元前进；所述顶紧液压缸和所述行走液压缸循环动作，实现所述爬行器行进。

2.如权利要求1所述的管道内爬行器，其特征在于，每个所述支撑单元均包括多个所述顶紧机构和多个所述支撑机构，所述顶紧机构和所述支撑机构沿管道周向交替设置。

3.如权利要求1所述的管道内爬行器，其特征在于，所述连杆铰接在所述顶杆的中部。

4.如权利要求1所述的管道内爬行器，其特征在于，所述支脚具有与管道内壁适配的弧形面。

5.如权利要求4所述的管道内爬行器，其特征在于，所述支脚与所述管道相抵的弧形面上设有橡胶垫。

6.如权利要求1所述的管道内爬行器，其特征在于，所述支撑机构中，所述支撑架包括第一连接臂、第二连接臂、导向杆和弹性件；所述第一连接臂的两端分别铰接所述支撑轮和所述顶紧液压缸的缸筒；所述第二连接臂的一端铰接所述支撑轮，所述第二连接臂的另一端铰接在与所述导向杆滑动配合的滑块上；所述导向杆的两端连接在所述顶紧液压缸的缸筒上，所述弹性件套装在所述导向杆上，所述弹性件的一端连接所述滑块，所述弹性件的另一端连接所述顶紧液压缸的缸筒；所述支撑轮沿凹凸管壁行进，通过所述滑块压缩所述弹性件，实现所述支撑轮与管壁时时保持紧密接触。

7.如权利要求6所述的管道内爬行器，其特征在于，所述顶紧液压缸的缸筒上设有连接板和定位板，所述第一连接臂的一端铰接于所述连接板上，所述导向杆连接于所述连接板和定位板之间。

8.如权利要求6所述的管道内爬行器，其特征在于，每个所述支撑轮的两侧均设有一个所述第一连接臂和一个第二连接臂。

9.如权利要求6所述的管道内爬行器，其特征在于，所述第一连接臂通过销轴与所述顶紧液压缸的缸筒铰接，所述第二连接臂通过销轴与所述滑块铰接。

10.如权利要求1所述的管道内爬行器，其特征在于，所述行走液压缸的两端通过球铰式万向联轴器与所述顶紧液压缸铰接。

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