一种自适应管径的管道内壁喷涂机器人的制作方法

本发明涉及管道喷涂机器人技术领域，更具体地，涉及一种自适应管径的管道内壁喷涂机器人。

背景技术：

管道作为重要的海洋资源运输工具，在天然气、核工业、石油、等国民经济核心行业中都起重要的作用。为了增强管道的耐腐蚀性，科研工作者们研发涂料、缓蚀剂的物质涂覆在材料表面来较少管道腐蚀现象，在喷涂应用中，常常利用人工和简单喷头进行喷涂，在长距离管道喷涂中，人工喷涂困难，喷涂时间较长，因此，管道内壁喷涂机器人的研发意义重大。目前，市场上存在一些解决管道喷涂的机器人，但是该类机器人还存在一些不足，例如行走不平稳，只能适应单一的管径，涂料喷涂不均匀，二次喷涂时难以清扫管道等问题。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种自适应管径的管道内壁喷涂机器人，可适应不同管径的管道，沿管道内壁平稳行走，喷涂均匀，且可进行管道清扫。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种自适应管径的管道内壁喷涂机器人，自适应管径的管道内壁喷涂机器人，包括主架体、运动机构和喷涂机构，所述主架体作为固定基座，其整体为框架结构；所述运动机构固定于主架体的外侧面，驱使机器人沿管道径向或轴向运动；所述喷涂机构设于主架体，随主架体运动；所述运动机构包括变径装置和驱动轮组件，变径装置设于主架体外侧面，用于调节驱动轮组件的伸展距离；所述驱动轮组件通过变径装置安装于主架体外侧面，驱动机器人行驶。

其中，本喷涂机器人具有明显的对称性，平稳支撑行走。变径装置用于改变驱动轮组件的伸展距离，从而调整机器人的行走直径，适应不同管径的管道。机器人在管道内壁行走运动的同时，进行喷涂作业，径向和轴向运动促使喷涂机构尽可能喷涂完整。

优选地，所述主架体包括主管道、连接支杆和至少两个支撑环，所述支撑环平行对齐设置，主管道贯穿各支撑环圆心，并通过连接支杆与各支撑环连接固定。主架体各构件均为空心件，以减轻机器人整体重量，方便行走。

优选地，所述变径装置包括移动座、支撑座、v型交叉撑杆、丝杠、固定架和第一电机，所述丝杠平行于主管道，并活动固定于支撑环外径；所述第一电机位于丝杠一端，其输出端与丝杠相接，所述第一电机通过固定架固定于支撑环；所述v型交叉撑杆一端通过支撑座固定于支撑环，另一端通过移动座固定于丝杠，v型交叉撑杆与支撑座、移动座均转动连接；所述移动座与丝杠螺纹连接，随丝杠转动而进行滑动，调节v型交叉撑杆的展开夹角，改变驱动轮组件伸展距离，提高适应性。

v型交叉撑杆为目前常规的交叉撑杆，由两根杆体铰接组成，两端撑杆活动展开，改变v型夹角大小。v型交叉撑杆的两端撑杆分别固定于支撑座和移动座。第一电机启动，其输出轴带动丝杠转动，由于移动座与丝杠螺纹连接，因此移动座随丝杠转动发生滑动，从而使v型交叉撑杆的v型夹角改变，改变驱动轮组件伸展距离。另外，控制丝杠的旋转方向，可使v型交叉撑杆的v型夹角变大或变小，夹角增大即驱动轮组件适应的管径变小，夹角减小即驱动轮组件适应的管径变大。

优选地，所述驱动轮组件包括轮体、轮座、第二电机和第三电机，所述轮体、第二电机、第三电机均固定于轮座，第二电机用于驱动轮体转动，第三电机用于驱动轮座转动；所述轮座通过第三电机的输出端连接于v型交叉撑杆的夹角端，驱动轮组件整体随交叉撑杆活动；所述轮体还设有用于检测轮体压力的压力传感器。

其中，压力传感器安装于轮座与v型交叉撑杆的连接处，实时探测压力，防止轮体受压力过大损坏。另外，第二电机驱动轮体转动，第三电机则驱动轮座转动，两电机配合可驱使机器人沿管道内壁进行径向或轴向直线运动。

优选地，所述喷涂机构包括若干喷枪，所述喷枪平行于支撑环所在平面，并呈放射状均匀设置于主管道；所述喷枪连接有输料管，输料管固定于主管道；所述支撑环外侧还设有用于探测涂料厚度的激光测厚传感器。喷枪的数量为三支或以上，放射状均匀设置主管道，以便均匀喷涂。另外，喷枪设有开关电磁阀。

优选地，所述主架体前进方向的最前端设有用于探测行进距离的超声波距离传感器，超声波距离传感器固于主管道。超声波距离传感器设于主管道的端部，位于机器人前进方向的最前端。

优选地，还包括设于主架体前进方向一端的清扫机构，所述清扫机构包括转盘、清扫盘、电动推杆和用于驱动转盘旋转的驱动装置，所述驱动装置固定于主管道端部，并与转盘中心转动连接；所述清扫盘绕转盘圆周外围均匀分布，并通过电动推杆活动连接于转盘；所述电动推杆的固定端连接于转盘中心，活动端连接于清扫盘，用于径向伸缩控制清扫盘的清扫范围；所述清扫盘设有用于清扫的刷毛。其中，驱动装置为伺服电机，驱动转盘旋转，从而实现清扫盘的转动清扫。为了适应不同管径的清扫工作，清扫盘的伸缩长度可通过电动推杆进行调节，电动推杆为现有的常规电动推杆。

优选地，所述清扫机构还包括相邻于清扫盘设置的吸尘装置，所述吸尘装置包括若干吸尘口，各吸尘口绕主管道圆周均匀分布；所述吸尘口连通有吸尘管道，吸尘管道固定于主管道。吸尘装置即为吸尘机，固定于主管道，进行吸尘操作。

优选地，所述主架体为圆柱形框架，或正多边形框架。主架体可为三角形框架、矩形框架或其他正多边形框架，一般最优选择为圆柱形框架。

优选地，所述输料管、吸尘管道均隐藏于主管道中；所述支撑环为空心结构，支撑环内设有用于提供能量的电源。电源主要采用蓄电池，为各机构提供电力供应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种自适应管径的管道内壁喷涂机器人，可完成管道内壁清扫和喷涂工作，通过变径装置在管道中实现伸展或收缩，适应不同管径的管道，克服了通过管道管径单一、调径困难的问题。而且，本发明满足了管道机器人在管道内运动的要求，利于涂料喷涂均匀，适应性强、喷涂效率相对较高、结构简单可应用于各类管道喷涂作业。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图一。

图2是本发明的整体结构示意图二。

图3是本发明的前进方向的后侧视图。

图4是主架体的结构示意图。

图5是运动机构的结构示意图。

图6是变径装置的结构示意图。

图7是驱动轮组件的结构示意图。

图8是清扫机构的结构示意图。

图9是喷涂机构、清扫机构的结构示意图。

其中，1主架体，2运动机构，3喷涂机构，4变径装置，5驱动轮组件，6激光测厚传感器，7超声波距离传感器，8清扫机构，11主管道，12连接支杆，13支撑环，31喷枪，41移动座，42支撑座，43v型交叉撑杆，44丝杠，45固定架，46第一电机，51轮体，52轮座，53第二电机，54第三电机，81转盘，82清扫盘，83电动推杆，84驱动装置，85刷毛，86吸尘口。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供了自适应管径的管道内壁喷涂机器人，包括主架体1、运动机构2和喷涂机构3，主架体1作为固定基座，其整体为主架体1为圆柱形框架结构，具体地，主架体1包括主管道11、连接支杆12和三个支撑环13，各支撑环13平行对齐设置，相互间隔相等，主管道11贯穿各支撑环13圆心，并通过连接支杆12与各支撑环13连接固定。主架体1各构件均为空心件，以减轻机器人整体重量，方便行走，如图4所示，。

其中，如图5所示，运动机构2包括变径装置4和驱动轮组件5，变径装置4设于主架体1外侧面，用于调节驱动轮组件5的伸展距离，驱动轮组件5则通过变径装置4安装于主架体1外侧面，驱使机器人沿管道径向或轴向运动。本实施例中，两两支撑环13之间均设有三组运动机构2，且三组运动机构2两两夹角均为120°，呈中心对称，如图3所示。

具体地，如图6所示，变径装置4包括移动座41、支撑座42、v型交叉撑杆43、丝杠44、固定架45和第一电机46，丝杠44平行于主管道11，并活动固定于支撑环13外径，同时，第一电机46位于丝杠44一端，其输出端与丝杠44相接，第一电机46通过固定架45固定于支撑环13，而丝杠44的另一端通过螺母连接于另一边的支撑环13上，一般地，丝杠44采用滚珠丝杠44。

其中，v型交叉撑杆43一端通过支撑座42固定于支撑环13，另一端通过移动座41固定于丝杠44，v型交叉撑杆43与支撑座42、移动座41均转动连接。移动座41与丝杠44螺纹连接，随丝杠44转动而进行滑动，调节v型交叉撑杆43的展开夹角，改变驱动轮组件5伸展距离。v型交叉撑杆43为目前常规的交叉撑杆，由两根杆体铰接组成，两端撑杆活动展开，改变v型夹角大小。v型交叉撑杆43的两端撑杆分别固定于支撑座42和移动座41。第一电机46启动，其输出轴带动丝杠44转动，由于移动座41与丝杠44螺纹连接，因此移动座41随丝杠44转动发生滑动，从而使v型交叉撑杆43的v型夹角改变，改变驱动轮组件5伸展距离。另外，控制丝杠44的旋转方向，可使v型交叉撑杆43的v型夹角变大或变小，夹角增大即驱动轮组件5适应的管径变小，夹角减小即驱动轮组件5适应的管径变大。

为了更好地配合使用，本实施例中同一方向上相邻的变径装置4采用的是同一丝杠44，即移动座41随同一丝杠44实现同步移动，确保同步变径。

另外，驱动轮组件5包括轮体51、轮座52、第二电机53和第三电机54，轮体51、第二电机53、第三电机54均固定于轮座52，第二电机53用于驱动轮体51转动，第三电机54用于驱动轮座52转动，两种配合可驱使机器人沿管道内壁进行径向或轴向直线运动。例如，机器人沿管道轴向直线运动时，轮体51运动方向与丝杠44方向一致。当机器人需要沿管道径向运动时，各轮座52同时转动90°，轮体51运动方向与丝杠44方向出垂直。本实施例中轮体51采用滚轮，如图7所示。

同时，轮座52通过第三电机54的输出端连接于v型交叉撑杆43的夹角端，驱动轮组件5整体随交叉撑杆活动。轮体51还设有用于检测轮体51压力的压力传感器，压力传感器安装于轮座52与v型交叉撑杆43的连接处，实时探测压力，防止轮体51受压力过大损坏。

进一步地，如图1所示，喷涂机构3设于主架体1，随主架体1运动。喷涂机构3包括三支喷枪31，喷枪31平行于支撑环13所在平面，并呈放射状均匀设置于主管道11，喷枪31还设有开关电磁阀。而且，喷枪31连接有输料管，输料管隐藏于固定于主管道11中。另外，支撑环13外侧还设有激光测厚传感器6，激光测厚传感器6用于探测涂料厚度和喷涂连续性。

进一步地，本实施例还包括设于主架体1前进方向一端的清扫机构8，清扫机构8包括转盘81、清扫盘82、电动推杆83和用于驱动转盘81旋转的驱动装置84，驱动装置84固定于主管道11端部，并与转盘81中心转动连接。其中，驱动装置84为伺服电机，驱动转盘81旋转，从而实现清扫盘82的转动清扫，如图8所示。

另外，清扫盘82绕转盘81圆周外围均匀分布，并通过电动推杆83活动连接于转盘81，具体地，电动推杆83的固定端连接于转盘81中心，活动端连接于清扫盘82，用于径向伸缩控制清扫盘82的清扫范围，清扫盘82设有用于清扫的刷毛85。为了适应不同管径的清扫工作，清扫盘82的伸缩长度可通过电动推杆83进行调节，电动推杆83为现有的常规电动推杆83。

进一步地，如图9所示，清扫机构8还包括相邻于清扫盘82设置的吸尘装置，吸尘装置即为吸尘机，吸尘装置包括三个吸尘口86，各吸尘口86绕主管道11圆周均匀分布，吸尘口86连通有吸尘管道，吸尘管道隐藏固定于主管道11。

进一步地，主架体1前进方向的最前端设有用于探测行进距离的超声波距离传感器7，超声波距离传感器7固于主管道11，位于清扫装置前端。

进一步地，支撑环13内设有用于提供能量的电源，电源主要采用蓄电池，为各机构提供电力供应。

如图1-3所示，在使用时，先保证电源接通各机构，确保可顺利驱动。接着，将机器人放入到待喷涂的管道中，启动机器人，调节变径装置4，使机器人的驱动轮组件5部分适应管道内壁直径，各轮体51均支撑于管道内壁上，同时查看压力传感器，调节最合适伸展距离。然后，启动位于机器人前进方向前端的清扫装置，同时启动运动机构2和喷涂机构3，使机器人沿管道轴向直线运动，同时完成清扫和喷涂。另外，当机器人需要沿管道径向进行旋转运动时，调节各轮座52同时旋转90°，使轮体51运动方向与丝杠44方向垂直，即可使机器人沿管道内壁旋转运动。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。