CN2486284Y - 压电驱动式细小管道内爬行器 - Google Patents

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孙萍
孙麟治
龚振邦
罗明辉
陆林海
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Abstract

本实用新型提供了一种由压电陶瓷驱动的细小管道管内爬行器,由压电驱动机构、运动牵引机构、弹性姿态保持机构三部分构成,它能够以较快的速度在细小工业管道内平稳运行,适应一定曲率的弯曲管道和管径变化。装备小型作业器件,构成可实用的细小管道内作业系统,可在制冷业、石油化工业及核电站等行业中替代人工对细小金属管道内的蚀痕、裂纹或机械损伤等缺陷实现检测和维护,提高工作效率。

Description

压电驱动式细小管道内爬行器
本实用新型涉及一种新型的管道爬行装置，特别是涉及一种压电驱动式细小管道内爬行器。它是一种能够在细小管道内平稳运行的移动装置，以其作为载体，携带作业器件可用于细小工业管道内的检测和维护。
细小金属管道是制冷业、石油化工业最常使用的部件，这些形状各异的细小管道，大部分因受恶劣作业环境(核辐射、易燃易爆、有毒物品)等因素的影响，长期工作后会出现腐蚀、积垢和损伤，导致裂纹而酿成事故。但因作业空间狭小，使得检测维修作业十分困难。因此，迫切需要研制一种小尺寸的管内作业装置来解决细小管道内自动检测和维护等问题。
本实用新型的目的在于提供一种新型的细小管道内爬行器，搭载小型作业器件，可组成管壁缺陷探测装置，实现细小管道检测和维护。
国内外微机器人技术的快速发展，使微机械及微电子技术有了广泛应用的天地。美国一家技术公司研制出能在2英寸管道内移动探测的轮式探测器。日本通产省在九十年代初制定了“微机械技术研究十年计划”，在其重点开发的研究方向中，有一项管道检测用微小机器人系统。日本OMRON公司、东芝公司、东京工业大学相继在实验室中研制出管径在约1英寸的管道内移动机构。尽管这类细小管道内移动检测机器人在国内外开发研究多年，但由于技术难度大，性能要求高，使得细小管道内的移动检测机器人还处于实验室研究阶段。
细小管道内爬行器是微型管道机器人的重要组成部分，它是携带作业器件的载体，也是影响微型管道机器人实用化进程的重要因素之一。日本东京工业大学研制的气压蠕动式爬行装置，速度较慢，控制系统较为复杂，难以实现精确控制；日本东京工业大学研制的电机外置式螺旋移动装置，速度较快，但管外辅助装置复杂；国内先后报道过几种管内移动机构的研制消息，但距离实用化还有较大的差距。
本实用新型提出的细小管道内爬行器采用层叠型压电陶瓷驱动模式，它具有结构紧凑，运动可控，性能稳定，移动速度较大，总体尺寸小等特点，对管径变化和弯曲管道有一定的适应能力。
本实用新型的技术方案：
压电驱动式细小管道内爬行器由压电驱动机构(包括：层叠型压电陶瓷7、后固定圈8、螺栓9和基座10)、运动牵引机构(包括：配重体3、前固定圈4、垫圈2和作业器件1)、弹性姿态保持机构(双支撑弹性爪5和园形夹箍6)三部分构成，层叠型压电陶瓷7(简称压电陶瓷7)的后端安装在后固定圈8中，后固定圈8压入基座10内孔，由螺栓9压紧压电陶瓷7，双支撑弹性爪5套在基座10前端外表面，由园形夹箍6固定压紧，前固定圈4按正确方位压入配重体3内孔，压电陶瓷7的前端插入前固定圈4内腔且其前端面与配重体3内孔底面贴合，与压电陶瓷7后端压紧方式相同，由螺栓9压紧压电陶瓷7，配重体3前端的螺纹柱用于连接作业器件1，垫圈2位于配重体3和作业器件1之间，调整双支撑弹性爪5的角度，使其以一定的预紧力紧贴管壁，使整个装置保持运动姿态。
压电驱动式细小管道内爬行器的工作原理在于利用层叠型压电陶瓷7的压电逆效应引发快速变形，促使由配重体3及前固定圈4等组成的运动牵引机构产生惯性冲击力，在与双支撑弹性爪5和管壁间摩擦力的相互作用下，推动爬行器沿着管壁移动，移动速度和方向由管外控制器11与电源12组成的控制系统控制(控制输入电压的波形和频率)，双支撑弹性爪5能适应管径的渐进变化。
本实用新型的效果在于将细小工业管道内移动检测和维护的技术水平提高了一步。使爬行装置能以较快的速度在细小管道内连续运行，适应一定曲率的弯曲管道和管径变化，移动速度达到6mm/s。装备小型作业器件，构成可实用的细小管道内自动检测系统，可在制冷业、石油化工业及核电站等行业中替代人工对细小金属管道内的腐蚀、裂纹或机械损伤等缺陷实现检测和维护，提高工作效率。
图1为本实用新型压电驱动式细小管道内爬行器技术方案图。
图2为本实用新型的一个实施例的结构示意图。
图3为移动原理示意图。
以下结合附图和本实用新型的实施例，对本实用新型作进一步的说明。
                       实施例
如图1、图2、图3所示，在管道内径为Φ10mm的工业管道中运行的爬行装置，压电驱动式细小管道内爬行器由压电驱动机构(包括：层叠型压电陶瓷7、后固定圈8、螺栓9和基座10)、运动牵引机构(包括：配重体3、前固定圈4、垫圈2和作业器件1)、弹性姿态保持机构(双支撑弹性爪5和园形夹箍6)三部分构成，层叠型压电陶瓷7(简称压电陶瓷7)的后端安装在后固定圈8中，后固定圈8压入基座10内孔，由螺栓9压紧压电陶瓷7，双支撑弹性爪5套在基座10前端外表面，由园形夹箍6固定压紧，前固定圈4按正确方位压入配重体3内孔，压电陶瓷7的前端插入前固定圈4内腔且其前端面与配重体3内孔底面贴合，与压电陶瓷7后端压紧方式相同，由螺栓9压紧压电陶瓷7，配重体3前端的螺纹柱用于连接作业器件1，垫圈2位于配重体3和作业器件1之间，调整双支撑弹性爪5的角度，使其以一定的预紧力紧贴管壁，使整个装置保持运动姿态。
压电驱动式细小管道内爬行器的工作原理在于利用层叠型压电陶瓷7的压电逆效应引发快速变形，促使由配重体3及前固定圈4等组成的运动牵引机构产生惯性冲击力，在与双支撑弹性爪5和管壁间摩擦力的相互作用下，推动爬行器沿着管壁移动，移动速度和方向由管外控制器11与电源12组成的控制系统控制(控制输入电压的波形和频率)，双支撑弹性爪5适应于管径的渐进变化，移动速度达到6mm/s。

Claims (1)

1.一种由压电驱动机构、运动牵引机构和弹性姿态保持机构组成的细小管道内爬行器，其特征在于：所述的细小管道内爬行器由压电驱动机构(包括：层叠型压电陶瓷7、后固定圈8、螺栓9和基座10)、运动牵引机构(包括：配重体3、前固定圈4、垫圈2和作业器件1)、弹性姿态保持机构(双支撑弹性爪5和园形夹箍6)三部分构成，层叠型压电陶瓷7(简称压电陶瓷7)的后端安装在后固定圈8中，后固定圈8压入基座10内孔，由螺栓9压紧压电陶瓷7，双支撑弹性爪5套在基座10前端外表面，由园形夹箍6固定压紧，前固定圈4按正确方位压入配重体3内孔，压电陶瓷7的前端插入前固定圈4内腔且其前端面与配重体3内孔底面贴合，与压电陶瓷7后端压紧方式相同，由螺栓9压紧压电陶瓷7，配重体3前端的螺纹柱用于连接作业器件1，垫圈2位于配重体3和作业器件1之间，调整双支撑弹性爪5以一定的预紧力紧贴管壁，使整个装置保持运动姿态。
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