RU2821671C1

RU2821671C1 - Adaptive wheel support of transport module of in-line diagnostic robot

Info

Publication number: RU2821671C1
Application number: RU2023134186A
Authority: RU
Inventors: Юрий Анатолиевич Седелев; Андрей Александрович Кадров; Дмитрий Николаевич Савченко; Рустем Равильевич Рахматуллин; Алексей Львович Коротков; Александр Витальевич Лопота; Алексей Иванович Прядко; Владислав Александрович Волков; Александр Владимирович Рогов; Данила Денисович Филиппов; Евгений Игоревич Хокконен; Олег Александрович Шмаков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЭНТЭ" (ООО "ЭНТЭ"
Filing date: 2023-12-20
Publication date: 2024-06-26

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: invention relates to vehicles capable of moving inside pipelines. Adaptive wheel support of the transport module of the in-line diagnostic robot, which comprises a central link and two bearing bases connected to it by two-axis hinges, is one of three support legs installed on each bearing base, directed radially at angle of 120°, with independent drive wheel propulsors and consists of fixed housing and movable section with wheel propulsor installed at its end, wherein wheeled propulsor consists of two independent drive motor wheels, each of which is installed at the end of its lever, which by the second end is mounted on the movable section of the support leg by means of a cylindrical hinge and is spring-loaded relative to it by means of two identical compression springs, symmetrically located relative to the longitudinal axis of the lever, and the levers are made with possibility of changing the length of each lever, changing the position of the attachment point of each pair of springs on its lever and changing the value of the initial compression of each spring, spring compression limiters are provided. On each support there are sensors that control movement of the movable section relative to the fixed housing of the support, lever turn sensors and sensors of total spring compression force on each lever.

EFFECT: invention can be used as a supporting structural element of a transport module of an in-line autonomous diagnostic robot for diagnosing the state of pipelines, which are characterized by significant differences in pipe diameters, local changes in direction in vertical and horizontal planes, as well as pipeline branches.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам, способным перемещаться внутри трубопроводов, и может использоваться качестве опорного конструктивного элемента транспортного модуля внутритрубного автономного диагностического робота для проведения видеодиагностики, неразрушающего контроля состояния как магистральных, так и промысловых и технологических трубопроводов, для которых характерны значительные перепады диаметров труб, локальные изменения направления в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также ответвления трубопровода при разделении потока транспортируемого продукта.The invention relates to vehicles capable of moving inside pipelines, and can be used as a supporting structural element of the transport module of an in-line autonomous diagnostic robot for video diagnostics, non-destructive monitoring of the condition of both main and field and process pipelines, which are characterized by significant differences in pipe diameters, local changes in direction in the vertical and horizontal planes, as well as pipeline branches when dividing the flow of the transported product.

В настоящее время для внутритрубной диагностики используются как традиционные внутритрубные снаряды-дефектоскопы, так и автономные роботизированные сканеры-дефектоскопы. Внутритрубные снаряды движутся в трубе под действием потока газа. Такие устройства могут быть использованы только на действующих магистральных газопроводах. В качестве автономного роботизированного диагностического устройства, предназначенного для работы внутри как магистральных, так и промысловых и технологических трубопроводов известно, например, мобильное «Транспортное средство для перемещения робота в трубопроводах сложной конфигурации» по патенту ПМ170056 (2016), содержащее основание с установленными на нем электродвигателем, тремя расположенными относительно друг друга под углом 120° колесными парами, механизмом передачи движения от электродвигателя на движитель с протектором и механизмом поджатая колес к поверхности трубопровода, причем, движитель выполнен в виде ремня, изготовленного с протектором на внешней, касающейся при работе устройства трубопровода стороне и зубчатым профилем, соответствующим профилю зубчатого венца ведущего колеса на внутренней стороне, которое совместно с редуктором представляет собой механизм передачи движения от электродвигателя на движитель. Для промысловых и технологических трубопроводов характерны значительные до 150% перепады диаметров труб, локальные изменения направления вплоть до 180°, а также ответвления (тройники) трубопровода при разделении потока транспортируемого продукта. Эти конструктивные особенности реализуются с помощью стандартизированных соединительных трубопроводных элементов, соответственно, переходов, крутоизогнутых отводов и тройников. Недостатком описанного выше технического решения является относительно низкая маневренность при наличии препятствий, продолжительных наклонных в вертикальной плоскости участков трубопроводов, при прохождении описанных соединительных элементов, особенно крутоизогнутых отводов с радиусом поворота от одного 1 до полутора 1,5 внутренних диаметров трубы и равнопроходных тройников, а также относительно низкая точность сохранения соосности относительно оси трубопровода, что существенным образом влияет на точность диагностики большого числа методов измерений.Currently, both traditional in-line flaw detectors and autonomous robotic flaw scanners are used for in-line diagnostics. In-line projectiles move in the pipe under the influence of gas flow. Such devices can only be used on existing main gas pipelines. As an autonomous robotic diagnostic device designed to work inside both main and field and process pipelines, for example, the mobile “Vehicle for moving a robot in pipelines of complex configuration” is known according to patent PM170056 (2016), containing a base with an electric motor installed on it , three wheel pairs located relative to each other at an angle of 120°, a mechanism for transmitting motion from the electric motor to the propulsion unit with a tread and a mechanism for pressing the wheels to the surface of the pipeline, moreover, the propulsion unit is made in the form of a belt made with a tread on the outer side touching the pipeline device during operation and a toothed profile corresponding to the profile of the drive wheel ring gear on the inner side, which together with the gearbox is a mechanism for transmitting motion from the electric motor to the propulsion unit. Field and process pipelines are characterized by significant differences of up to 150% in pipe diameters, local changes in direction up to 180°, as well as pipeline branches (tees) when dividing the flow of the transported product. These design features are implemented using standardized connecting pipeline elements, respectively, transitions, steep bends and tees. The disadvantage of the technical solution described above is the relatively low maneuverability in the presence of obstacles, long sections of pipelines inclined in the vertical plane, when passing the described connecting elements, especially steeply curved bends with a turning radius of one 1 to one and a half 1.5 internal diameters of the pipe and equal tees, as well as relatively low accuracy of maintaining alignment relative to the pipeline axis, which significantly affects the diagnostic accuracy of a large number of measurement methods.

Известна также «Роботизированная платформа для внутритрубной диагностики» ПМ194854 (2019), содержащая первое и второе несущие основания, каждое из которых содержит расположенные под углом 120° три опорные ноги с независимыми приводами с колесами с независимыми приводами, при этом первое и второе несущие основания жестко крепятся с помощью соединительных фланцев к корпусу полноповоротного диагностического модуля на его противоположных сторонах, который предназначен для установки контрольно-инструментальных диагностических средств. Каждая из шести опорных ног с приводными колесами на конце представляет собой направленный вдоль оси трубы рычаг, своим основанием установленный на независимом вращательном шарнире поворота рычага, обеспечивающем качание рычага ноги в радиальной плоскости трубы. Соответственно, ось шарнира направлена по касательной к окружности сечения трубы, а сами шарниры установлены на несущих основаниях. Такая кинематическая схема платформы с качающимися рычагами ног позволяет преодолевать переходы, когда требуется двигаться по трубе с конусной внутренней поверхностью за счет изменения угла наклона рычагов к оси трубы. Так, при движении внутри трубы с минимально возможным диаметром, рычаги практически вытянуты вдоль оси трубы и имеют наибольший угол наклона к оси при движении в трубе с максимальным возможным диаметром, а при движении в конусном переходе с изменением диаметра три независимых шарнира поворота рычагов должны согласованно изменять углы наклона трех рычагов опорных ног последовательно на каждом несущем основании.The “Robotic platform for in-line diagnostics” PM194854 (2019) is also known, containing the first and second load-bearing bases, each of which contains three support legs located at an angle of 120° with independent drives with wheels with independent drives, while the first and second load-bearing bases are rigidly are attached using connecting flanges to the body of the full-rotary diagnostic module on its opposite sides, which is intended for installation of control and diagnostic tools. Each of the six support legs with drive wheels at the end is a lever directed along the pipe axis, its base mounted on an independent rotational hinge for turning the lever, which ensures the swing of the leg lever in the radial plane of the pipe. Accordingly, the hinge axis is directed tangentially to the circumference of the pipe section, and the hinges themselves are installed on load-bearing bases. This kinematic design of the platform with swinging leg arms makes it possible to overcome transitions when it is necessary to move along a pipe with a conical inner surface by changing the angle of inclination of the arms to the pipe axis. Thus, when moving inside a pipe with the minimum possible diameter, the levers are practically extended along the axis of the pipe and have the greatest angle of inclination to the axis when moving in a pipe with the maximum possible diameter, and when moving in a conical transition with a change in diameter, three independent hinges of rotation of the levers must coordinately change the angles of inclination of the three levers of the supporting legs sequentially on each load-bearing base.

Основным недостатком этого аналога является сложность преодоления крутоизогнутых отводов с углом поворота 90° и более, особенно для труб с минимально возможным малым диаметром по условию прохождения перехода. Это связано с достаточно большой длиной роботизированной платформы с вытянутыми ногами.The main disadvantage of this analogue is the difficulty of overcoming steeply curved bends with a rotation angle of 90° or more, especially for pipes with the smallest possible diameter according to the transition passage conditions. This is due to the rather long length of the robotic platform with extended legs.

В то же время прохождение поворотов данной платформой сопряжено с существенными трудностями, так как при поворотах внешние по отношению к центру поворота колеса должны проходить большие пути и, соответственно, вращаться с большей скоростью, чем внутренние, при этом для соблюдения кинематических условий прохождения жесткой конструкции в криволинейной трубе все колеса будут катиться только с проскальзыванием, что также требует дополнительных паразитных затрат энергии. Частично проблему поворота можно облегчить за счет изменения углов наклона рычагов внутренних и внешних по отношению к центру поворота колес, что приводит к заметному отклонению оси робота от оси трубы и не исключает полностью явления проскальзывания колес. Особенно это сказывается при поворотах с малыми радиусами и затрудняет и даже делает невозможным проведение диагностики путем вращения диагностического модуля вокруг центральной части робота.At the same time, turning turns with this platform is associated with significant difficulties, since when turning, the wheels external to the center of rotation must travel long distances and, accordingly, rotate at a higher speed than the internal ones, while in order to comply with the kinematic conditions for passing a rigid structure in In a curved pipe, all wheels will roll only with slipping, which also requires additional parasitic energy expenditure. The turning problem can be partially alleviated by changing the angles of inclination of the levers of the internal and external wheels relative to the center of rotation of the wheels, which leads to a noticeable deviation of the robot axis from the axis of the pipe and does not completely eliminate the phenomenon of wheel slipping. This is especially true when turning with small radii and makes it difficult and even impossible to carry out diagnostics by rotating the diagnostic module around the central part of the robot.

Эти проблемы решены в «Транспортном модуле внутритрубного диагностического робота» по патенту RU 2802493 (2022), принятому за прототип.These problems are solved in the “Transport module of an in-line diagnostic robot” according to patent RU 2802493 (2022), adopted as a prototype.

Транспортный модуль внутритрубного диагностического робота содержит первое и второе несущие основания, содержащие установленные под углом 120° три опорные ноги с независимыми приводными колесными движителями. Основания соединены на противоположных сторонах с предназначенным для установки бортовой аппаратуры центральным корпусом с помощью двухосевых шарниров. При движении в прямолинейных участках трубы повороты шарниров блокируются, а при прохождении поворотов отводов обеспечиваются согласованные повороты шарниров независимо вокруг каждой пары параллельных осей степеней подвижности шарниров, например, при прохождении поворотов в горизонтальной плоскости и поворотов для подъема или спуска в вертикальной плоскости. Часть бортовой аппаратуры выносится за пределы центрального корпуса и устанавливается на одном или обоих несущих основаниях. Опорные ноги устанавливаются радиально и состоят из неподвижного корпуса и подвижной секции с установленным на ней колесным движителем, а подвижная секция опоры телескопически выдвигается или втягивается с помощью своего независимого электропривода с винтовым механизмом.The transport module of the in-line diagnostic robot contains first and second load-bearing bases containing three support legs installed at an angle of 120° with independent drive wheel movers. The bases are connected on opposite sides to the central body intended for installation of on-board equipment using two-axis hinges. When moving in straight sections of the pipe, the rotations of the hinges are blocked, and when passing bends, coordinated rotations of the hinges are ensured independently around each pair of parallel axes of the degrees of mobility of the hinges, for example, when passing turns in the horizontal plane and turns for ascent or descent in the vertical plane. Part of the on-board equipment is moved outside the central body and installed on one or both load-bearing bases. The support legs are installed radially and consist of a fixed body and a movable section with a wheel mover mounted on it, and the movable section of the support telescopically extends or retracts using its independent electric drive with a screw mechanism.

Такая кинематическая схема транспортного модуля обеспечивает прохождение поворотов в горизонтальной плоскости за счет свободных поворотов разблокированных (расторможенных) шарниров с вертикальными осями и регулирования скоростей вращения ближних и дальних по отношению к центру поворота опорных колес.This kinematic diagram of the transport module ensures turning in a horizontal plane due to the free rotation of unlocked (disinhibited) hinges with vertical axes and regulation of the rotation speeds of the support wheels near and far with respect to the center of rotation.

При прохождении же поворотов в вертикальной плоскости после разблокирования шарниров с горизонтальными осями возможно возникновение неконтролируемого «излома» продольной оси транспортного модуля в вертикальной плоскости, что может быть вызвано недостаточно точной балансировкой транспортного модуля. Балансировка в данном случае предполагает такое распределение собственных масс опорных оснований и центрального корпуса вместе с массами установленного на них «собственного» функционального оборудования, обеспечивающего движение транспортного модуля и диагностического оборудования, чтобы установленный горизонтально транспортный модуль с заблокированными шарнирами с прямой продольной осью после разблокировки шарниров с вертикальными осями остался неподвижным и сохранил продольную ось прямой. Такая балансировка достигается в результате выполнения сложного комплекса мероприятий, во-первых, при проектировании соответствующей скрупулезной «развесовкой» всей конструкции диагностического робота с возможным и даже обязательным добавлением «паразитных» балластных грузов, и, во-вторых, при сборке и отладке робота в сборе путем уточнения масс балластных грузов и мест их размещения. Очевидно, что необходимость использования балластных грузов увеличивает собственный вес диагностического робота, нагрузку на колеса, нагрузку на приводы колес и приводы выдвижения опорных ног и повышает расход энергии автономных аккумуляторных батарей, что приведет к сокращению времени автономной работы диагностического робота внутри трубы, сократит длину продиагностированного участка трубы (на одной зарядке батарей), что увеличит число проходов и время диагностики запланированного участка трубы и в конечном счете увеличит время простоя трубопровода и напрямую связанные с этим значительные финансовые потери эксплуатантов.When making turns in the vertical plane after unlocking the hinges with horizontal axes, an uncontrolled “break” of the longitudinal axis of the transport module in the vertical plane may occur, which may be caused by insufficiently accurate balancing of the transport module. Balancing in this case involves such a distribution of the own masses of the supporting bases and the central body, together with the masses of the “own” functional equipment installed on them, ensuring the movement of the transport module and diagnostic equipment, so that a horizontally installed transport module with locked hinges has a straight longitudinal axis after unlocking the hinges with the vertical axes remained motionless and kept the longitudinal axis straight. Such balancing is achieved as a result of a complex set of measures, firstly, when designing the entire structure of the diagnostic robot with the appropriate scrupulous “weight distribution” with the possible and even mandatory addition of “parasitic” ballast weights, and, secondly, when assembling and debugging the assembled robot by specifying the masses of ballast loads and their placement locations. Obviously, the need to use ballast weights increases the dead weight of the diagnostic robot, the load on the wheels, the load on the wheel drives and extension drives of the support legs and increases the energy consumption of autonomous batteries, which will lead to a reduction in the battery life of the diagnostic robot inside the pipe and will reduce the length of the diagnosed section pipes (on one battery charge), which will increase the number of passes and diagnostic time of the planned pipe section and ultimately increase the downtime of the pipeline and the significant financial losses of operators directly related to this.

Важно отметить, что данная схема (в состоянии с разблокированными шарнирами) является статически неустойчивой и чувствительна к неуравновешенности масс, но тем не менее обладает некоторым ресурсом динамической компенсации неуравновешенных моментов, вызванных относительно небольшой разбалансировкой масс, за счет соответствующего управления скоростями вращения верхних и нижних опорных приводных колес, которое позволяет создавать необходимые компенсирующие крутящие моменты вокруг горизонтальных осей, приложенные к основаниям в комбинации с работой блокирующих шарниры тормозов.It is important to note that this scheme (in the state with unlocked hinges) is statically unstable and sensitive to mass imbalance, but nevertheless has some resource for dynamic compensation of unbalanced moments caused by a relatively small mass imbalance, due to the appropriate control of the rotation speeds of the upper and lower support drive wheels, which allows you to create the necessary compensating torques around the horizontal axes, applied to the bases in combination with the operation of the brakes blocking the hinges.

В то же время, при прохождении препятствий, например, кольцевых сварочных швов высотой до 15-20 мм, идущих с шагом последовательно подваренных труб (обычно длиной до 10-12 м), о наличии которых сигнализирует затруднение вращения колес, о котором судят по возрастанию потребления тока двигателей, необходимо втягивать колеса за счет работы радиально направленного линейного винтового привода опоры колеса. Как показывает практика, такой контур управления не обладает достаточным быстродействием и точностью и требует снижения скорости движения робота. Еще большие трудности возникают при наезде одним колесом на случайное препятствие, например, на локальный участок с битумным отложением, на междушовном промежутке трубы.At the same time, when passing obstacles, for example, circumferential welding seams up to 15-20 mm high, successively welded pipes running in increments (usually up to 10-12 m long), the presence of which is indicated by difficulty in wheel rotation, which is judged by increasing current consumption of the motors, it is necessary to retract the wheels due to the operation of a radially directed linear screw drive of the wheel support. As practice shows, such a control loop does not have sufficient speed and accuracy and requires a reduction in the speed of the robot. Even greater difficulties arise when one wheel hits a random obstacle, for example, a local area with bitumen deposits, in the joint space of a pipe.

Задачами предлагаемого изобретения являются:The objectives of the invention are:

- придание статической устойчивости кинематической схеме транспортного модуля диагностического робота,- imparting static stability to the kinematic diagram of the transport module of the diagnostic robot,

- снижение нагрузки на опорное колесо и улучшение его сцепления с внутренней поверхностью трубы,- reducing the load on the support wheel and improving its adhesion to the inner surface of the pipe,

- исключение использования балансировочных грузов и упрощение процедуры балансировки распределения масс диагностического робота,- eliminating the use of balancing weights and simplifying the procedure for balancing the mass distribution of the diagnostic robot,

- упрощение преодоления препятствий,- simplification of overcoming obstacles,

- повышение энергоэффективности робота.- increasing the energy efficiency of the robot.

Задача придания статической устойчивости кинематической схеме диагностического робота решается за счет изменения кинематической схемы опоры транспортного модуля путем увеличения продольной линии опирания на трубу движителя опорной ноги, осуществляемое установкой двух приводных колес (мотор-колес), каждое на своем шарнирном подпружиненном рычаге, которые направлены вдоль продольной оси транспортного модуля вперед и назад от направленной радиально оси опорной ноги. Очевидно, что для статической устойчивости транспортного модуля робота с разблокированными шарнирами в пределах упругого хода пружин рычагов колес достаточно попадания вектора силы веса центра масс оснований с учетом веса центральной части в существенно увеличенную зону площади опирания, образованную передними и задними колесами нижних опорных ног по сравнению с прототипом, у которого зоной устойчивости является узкая полоса по линии соединения контактных пятен колес нижних опор.The problem of imparting static stability to the kinematic diagram of the diagnostic robot is solved by changing the kinematic diagram of the support of the transport module by increasing the longitudinal line of support on the propulsion pipe of the support leg, carried out by installing two drive wheels (motor wheels), each on its own hinged spring-loaded lever, which are directed along the longitudinal the axis of the transport module forward and backward from the radially directed axis of the support leg. It is obvious that for the static stability of the robot transport module with unlocked hinges within the elastic travel of the springs of the wheel levers, it is sufficient for the vector of the weight force of the center of mass of the bases, taking into account the weight of the central part, to fall into a significantly increased zone of the support area formed by the front and rear wheels of the lower support legs compared to a prototype in which the stability zone is a narrow strip along the line connecting the contact spots of the wheels of the lower supports.

Задача снижения нагрузки на колесо и улучшение его сцепления с внутренней поверхностью трубы решается за счет двухколесного опирания ног транспортного модуля робота, придания шине колеса тороидальной формы с протектором и с контактной поверхностью, радиус которой меньше внутреннего радиуса трубы, при этом шины изготовлены из материала с высоким коэффициентом трения.The task of reducing the load on the wheel and improving its adhesion to the inner surface of the pipe is solved by two-wheeled support of the legs of the robot transport module, giving the tire a toroidal wheel shape with a tread and a contact surface, the radius of which is less than the inner radius of the pipe, while the tires are made of a material with high friction coefficient.

Задача исключения использования при балансировке робота навешивания «паразитных» балластных грузов и упрощение процедуры балансировки решается за счет того, что на каждой опорной ноге каждое из двух приводных мотор-колес установлено на конце своего рычага, который вторым концом с помощью цилиндрического шарнира установлен на подвижной секции и подпружинен относительно нее с помощью двух одинаковых пружин сжатия, симметрично расположенных относительно оси рычага, причем ось цилиндрического шарнира направлена перпендикулярно продольной оси робота, а в конструкцию опорной ноги заложены следующие возможности:The problem of eliminating the use of hanging “parasitic” ballast weights when balancing the robot and simplifying the balancing procedure is solved due to the fact that on each supporting leg, each of the two drive motor wheels is installed at the end of its lever, the other end of which is mounted on a movable section using a cylindrical hinge and is spring-loaded relative to it using two identical compression springs, symmetrically located relative to the axis of the lever, and the axis of the cylindrical hinge is directed perpendicular to the longitudinal axis of the robot, and the design of the support leg includes the following capabilities:

- Изменение длины каждого рычага,- Changing the length of each lever,

- Изменение положения точки крепления каждой пары пружин на своем рычаге,- Changing the position of the attachment point of each pair of springs on its lever,

- Изменение величины начального поджатия каждой пружины, а также установлены ограничители сжатия пружин.- Changing the amount of initial compression of each spring, and spring compression limiters are installed.

При этом каждый рычаг выполнен в виде двухсекционной телескопической стрелы, неподвижная секция которой – гильза связана шарниром с подвижной секцией опоры ноги, а в гильзе установлена подвижная секция – шток, на котором в требуемом положении устанавливаются и закрепляются установочные планки с пружинами, а на конце штока устанавливается мотор колесо.Moreover, each lever is made in the form of a two-section telescopic boom, the fixed section of which - the sleeve - is connected by a hinge to the movable section of the leg support, and a movable section is installed in the sleeve - the rod, on which mounting strips with springs are installed and secured in the required position, and at the end of the rod the wheel motor is installed.

Дополнительно к этому на каждой опоре установлены:In addition to this, each support is equipped with:

- датчик, контролирующий перемещение подвижной секции относительно неподвижного корпуса опоры,- a sensor that controls the movement of the movable section relative to the fixed support body,

- датчики поворотов рычагов и- lever rotation sensors and

- датчики суммарного усилия сжатия двух пружин на каждом рычаге.- sensors for the total compression force of two springs on each lever.

При такой конструкции опорной ноги балансировка заключается в:With this design of the supporting leg, balancing consists of:

- проектировочной «развесовке» - распределении масс оборудования робота, выборе длин рычагов, выборе характеристик пружин, определении мест их установки на рычагах и- design “weight distribution” - weight distribution of the robot equipment, selection of lever lengths, selection of spring characteristics, determination of their installation locations on the levers and

- отладочной «точной» настройке длин рычагов, мест установки пружин и их начального поджатия для всех опорных ног диагностического робота в сборе со всем оборудованием, который устанавливается горизонтально на технологическом стапеле, добиваясь при этом горизонтальности и прямолинейности оси робота, составленной из осей оснований и центральной части транспортного модуля.- debugging “precise” adjustment of the lengths of the levers, the installation locations of the springs and their initial preload for all support legs of the diagnostic robot assembled with all equipment, which is installed horizontally on the technological bench, while achieving horizontality and straightness of the robot axis, composed of the axes of the bases and the central parts of the transport module.

Такая процедура балансировки позволяет нивелировать неизбежные ошибки между значениями масс и координатами центров масс составных частей робота, используемых в расчетах, и их реальными значениями, а наличие расчетной модели робота позволяет облегчить балансировку, так как заранее может быть определена «чувствительность объекта» к изменению параметров балансировки.This balancing procedure makes it possible to level out the inevitable errors between the mass values and coordinates of the centers of mass of the robot components used in the calculations and their real values, and the presence of a calculation model of the robot makes it easier to balance, since the “sensitivity of the object” to changes in balancing parameters can be determined in advance .

Таким образом, исключено использование балансировочных грузов, а также можно говорить о том, что колесная опора транспортного модуля приобретает качество адаптивности к неточностям описания конкретного проектного исполнения внутритрубного диагностического робота и обеспечивает балансировку транспортного модуля даже, например, при смене диагностического оборудования или смене типа и/или количества аккумуляторных батарей в процессе эксплуатации робота, что расширяет его функциональные возможности.Thus, the use of balancing weights is excluded, and we can also say that the wheel support of the transport module acquires the quality of adaptability to inaccuracies in the description of a specific design of the in-line diagnostic robot and ensures balancing of the transport module even, for example, when changing diagnostic equipment or changing the type and/or or the number of batteries during operation of the robot, which expands its functionality.

Задача облегчения преодоления препятствий решается путем построения петли управления приводом втягивания или выдвижения подвижной части с колесами относительно неподвижного корпуса опорной ноги на основе показаний датчика отклонения рычага с приводным колесом, датчиков усилия сжатия пружин и датчиков тока двигателей мотор-колес, причем для анализа и выработки команд управления могут быть использованы показания датчиков всех опорных ног транспортного модуля.The problem of making it easier to overcome obstacles is solved by constructing a control loop for the drive of retracting or extending the moving part with wheels relative to the stationary body of the supporting leg based on the readings of the deflection sensor of the lever with the drive wheel, spring compression force sensors and current sensors of motor-wheel motors, and for analysis and generation of commands control, the readings of the sensors of all support legs of the transport module can be used.

Задача повышения энергоэффективности транспортного модуля решается за счет исключения «паразитного» веса балансировочных грузов и, соответственно, исключения дополнительных затрат энергии на перемещение дополнительного (к проектировочному) веса робота, а также исключения затрат на «динамическую» балансировку робота за счет дополнительной работы приводов колес.The problem of increasing the energy efficiency of the transport module is solved by eliminating the “parasitic” weight of balancing weights and, accordingly, eliminating additional energy costs for moving the additional (to the design) weight of the robot, as well as eliminating the costs of “dynamically” balancing the robot due to the additional work of the wheel drives.

Сущность изобретения поясняется следующими рисунками и чертежами.The essence of the invention is illustrated by the following figures and drawings.

На фиг. 1 показана адаптивная колесная опора транспортного модуля, вид сбоку.In fig. Figure 1 shows the adaptive wheel support of the transport module, side view.

На фиг. 2 показано сечение Б-Б колесной опоры.In fig. Figure 2 shows a section B-B of the wheel support.

На фиг. 3 показана адаптивная колесная опора, вид снизу.In fig. Figure 3 shows the adaptive wheel support, bottom view.

Адаптивная колесная опора транспортного модуля внутритрубного диагностического робота, который содержит центральное звено и соединенные с ним двухосевыми шарнирами два несущих основания, является одной из трех установленных на каждом несущем основании направленных радиально под углом 120° опорных ног и состоит из неподвижного корпуса 1 и подвижной секции 2 с установленным на ее конце колесным движителем. Каждая опорная нога телескопически выдвигается или втягивается с помощью своего электропривода 3 с самотормозящимся винтовым механизмом 4. Колесный движитель состоит из двух независимых приводных мотор-колес 5-1 и 5-2, каждое из которых установлено на конце своего штока 6-1, 6-2, установленных в гильзах 7-1, 7-2 двухлучевого телескопического рычага, идентичные лучи которого выполнены в виде двухсекционных телескопических стрел (фиг. 3). Установленные на гильзах скобы 8-1, 8-2 фиксируют выбранную длину выдвижения штоков рычагов L1, L2.The adaptive wheel support of the transport module of the in-line diagnostic robot, which contains a central link and two load-bearing bases connected to it by biaxial hinges, is one of three support legs installed on each load-bearing base, directed radially at an angle of 120° and consists of a fixed body 1 and a movable section 2 with a wheeled mover installed at its end. Each support leg telescopically extends or retracts using its own electric drive 3 with a self-braking screw mechanism 4. The wheel propulsion device consists of two independent drive motor wheels 5-1 and 5-2, each of which is installed at the end of its own rod 6-1, 6- 2, installed in sleeves 7-1, 7-2 of a two-beam telescopic lever, the identical beams of which are made in the form of two-section telescopic arms (Fig. 3). The brackets 8-1, 8-2 installed on the sleeves fix the selected extension length of the lever rods L1, L2.

Каждый рычаг соединен с подвижной секцией 2 вторыми концами гильз 7-1, 7-2 с помощью цилиндрических шарниров 9-1, 9-2, оси которых направлены перпендикулярно продольной оси робота. Рычаги подпружинены относительно подвижной секции 2 с помощью двух одинаковых пружин сжатия 10-1, 10-2 для колеса 5-1 и 11-1, 11-2 для колеса 5-2 соответственно. Каждая пружина на каждом рычаге концами установлена (надета) на паре встречных верхних и нижних конусных упоров 12-1, 12-2, 13-1, 13-2 (см. схему размещения А-А на фиг. 1,) и 14-1, 14-2, 15-1, 15-2 (см фиг. 2) соответственно. Нижние упоры 12-2, 13-2, 14-2 и 15-2 размещены на нижних установочных планках 16, которые устанавливаются в требуемом положении по длине l1, l2 на штоках рычагов и фиксируются двумя прижимными скобами 17, как показано на фиг. 2 для колеса 5-2. Верхние упоры 12-1, 13-1, 14-1 и 15-1 размещены на верхних планках 18, которые соединяются с подвижными плитами 19 посредством двух направляющих 20, ограничивающих любое смещение планок 18 относительно плиты 19, кроме движения вдоль оси, при этом планки 18 передают усилие сжатия с пружин 11 на датчик усилия 21, установленный на плите 19, через регулировочный винт 22. Плита 19 установлена на кронштейне 23, который закреплен на подвижной секции 2. Размещение элементов пружинной подвески для колеса 5-1 аналогично колесу 5-2 и детально на фиг. 1, 3 не показано.Each lever is connected to the movable section 2 by the second ends of the sleeves 7-1, 7-2 using cylindrical hinges 9-1, 9-2, the axes of which are directed perpendicular to the longitudinal axis of the robot. The levers are spring-loaded relative to the movable section 2 using two identical compression springs 10-1, 10-2 for wheel 5-1 and 11-1, 11-2 for wheel 5-2, respectively. Each spring on each lever is installed (put on) at its ends on a pair of opposing upper and lower conical stops 12-1, 12-2, 13-1, 13-2 (see layout diagram A-A in Fig. 1) and 14- 1, 14-2, 15-1, 15-2 (see Fig. 2), respectively. The lower stops 12-2, 13-2, 14-2 and 15-2 are placed on the lower mounting strips 16, which are installed in the required position along the length l1, l2 on the lever rods and fixed with two clamping brackets 17, as shown in Fig. 2 for wheel 5-2. The upper stops 12-1, 13-1, 14-1 and 15-1 are placed on the upper strips 18, which are connected to the movable plates 19 by means of two guides 20, limiting any displacement of the strips 18 relative to the plate 19, except for movement along the axis, while the strips 18 transmit the compression force from the springs 11 to the force sensor 21, installed on the plate 19, through the adjusting screw 22. The plate 19 is mounted on a bracket 23, which is fixed to the movable section 2. The placement of the spring suspension elements for wheel 5-1 is similar to wheel 5- 2 and in detail in Fig. 1, 3 not shown.

Ограничение сжатия пружин выполняется с помощью регулировки зазора δ (фиг. 2) между встречными парными конусными упорами 12, 13, 14, 15 с помощью регулировочных винтов 24, а измерение углов поворотов рычагов осуществляется с помощью пары датчиков 25 (фиг. 3).The compression of the springs is limited by adjusting the gap δ (Fig. 2) between opposing paired conical stops 12, 13, 14, 15 using adjusting screws 24, and measuring the angles of rotation of the levers is carried out using a pair of sensors 25 (Fig. 3).

Мотор-колеса выполнены с шинами, которым придана тороидальная форма с протектором, с контактной поверхностью, радиус которой меньше внутреннего радиуса трубы и изготовленными из материала с высоким коэффициентом трения, например, методом литья из резины или полиуретана.Motor wheels are made with tires that are given a toroidal shape with a tread, with a contact surface whose radius is less than the inner radius of the pipe and made of a material with a high coefficient of friction, for example, by casting rubber or polyurethane.

Адаптивная колесная опора транспортного модуля внутритрубного диагностического робота функционирует следующим образом.The adaptive wheel support of the transport module of the in-line diagnostic robot functions as follows.

На стадии проектирования выполняют распределение масс оборудования робота, выбирают параметры пружин - диаметр, длина и жесткость, определяют длины рычагов L1, L2, место установки нижних установочных планок 16 на штоках 6-1, 6-2 на расстояниях l1, l2 от осей шарниров 9-1, 9-2 (фиг. 1), устанавливают зазоры 5 между установочными конусами (фиг. 2). После сборки диагностического робота и установки его на горизонтальный стапель путем корректировок длин рычагов перемещением штоков в гильзах рычагов, мест установки пружин путем смещения планок 16 и их начального поджатия с помощью регулировочных винтов 22 для всех опорных ног диагностического робота в сборе добиваются горизонтальности и прямолинейности оси робота составленной из осей несущих оснований и центральной части транспортного модуля при разблокированных шарнирах между ними. После окончания балансировки выполняют фиксацию полученных параметров опоры с помощью обжимных скоб 8-1, 8-2 (фиг. 1), прижимных скоб 17 и контровочной гайки на винте 22 (фиг. 2).At the design stage, the mass distribution of the robot equipment is carried out, the parameters of the springs are selected - diameter, length and stiffness, the lengths of the levers L1, L2 are determined, the installation location of the lower mounting strips 16 on the rods 6-1, 6-2 at distances l1, l2 from the hinge axes 9 -1, 9-2 (Fig. 1), set the gaps 5 between the installation cones (Fig. 2). After assembling the diagnostic robot and installing it on a horizontal bench, by adjusting the lengths of the levers by moving the rods in the sleeves of the levers, the installation locations of the springs by shifting the strips 16 and their initial preload using the adjusting screws 22 for all support legs of the diagnostic robot assembly, the horizontal and straight axis of the robot is achieved composed of the axes of the load-bearing bases and the central part of the transport module with the hinges between them unlocked. After balancing is completed, the obtained support parameters are fixed using crimp brackets 8-1, 8-2 (Fig. 1), clamping brackets 17 and a lock nut on screw 22 (Fig. 2).

Техническим результатом предложенного изобретения является возможность адаптации опоры транспортного модуля при балансировке робота, придание ему статической устойчивости, снижение нагрузки на опорное колесо и улучшение его сцепления с внутренней поверхностью трубы.The technical result of the proposed invention is the ability to adapt the support of the transport module when balancing the robot, giving it static stability, reducing the load on the support wheel and improving its adhesion to the inner surface of the pipe.

Claims

Adaptive wheel support of the transport module of an in-line diagnostic robot, which contains a central link and two load-bearing bases connected to it by biaxial hinges, which is one of three support legs installed on each load-bearing base, directed radially at an angle of 120°, with independent drive wheel movers and consisting of a fixed body and a movable section with a wheel mover installed at its end, which telescopically extends or retracts using its independent electric drive with a self-locking screw mechanism, characterized in that the wheel mover consists of two independent drive motor-wheels, each of which is installed at the end of its a lever whose second end is mounted on a movable section of the support leg using a cylindrical hinge and is spring-loaded relative to it using two identical compression springs, symmetrically located relative to the longitudinal axis of the lever, wherein the axis of the cylindrical hinge is directed perpendicular to the longitudinal axis of the robot, and the levers are made with the ability to change the length each lever, changing the position of the attachment point of each pair of springs on its lever and changing the amount of initial preload of each spring, and spring compression limiters are installed, while sensors are installed on each support that monitor the movement of the movable section relative to the stationary body of the support, lever rotation sensors and sensors the total compression force of two springs on each lever, while each lever is made in the form of a two-section telescopic boom, the fixed section of which - the sleeve - is connected by a hinge to the movable section of the leg support, and the sleeve contains a movable section - the rod, at the end of which a motor-wheel is installed, and in a given position, the lower mounting bars with the lower mounting cones are fixed, the upper mounting cones are fixed on the upper bar, and springs are put on the upper and lower mounting cones, so that their lower ends rest on the lower mounting bars, and the upper ends rest on the upper bars , while the upper bar, in turn, is connected by means of two linear guides to a movable plate mounted on a bracket mounted on the movable section of the support, while on the top bar there is an adjusting screw coaxial with the linear guide and the spring compression line, which abuts against the spring compression force sensor , installed on a movable plate, and the limitation of compression of the springs is ensured by adjusting the gap between the opposing paired conical stops using adjusting screws on one of the paired mounting cones, while the motor wheels are made with toroidal-shaped tires with a tread, with a contact surface radius that is smaller than the inner one radius of the pipe, and are made of a material with a high coefficient of friction.