一种适应管道形状变化的城市燃气管道机器人的制造方法与工艺

本发明涉及一种适应管道形状变化的城市燃气管道机器人，属于管道内检测机器人的领域。

背景技术：
随着社会经济的发展，我国城市化的速度也在不断加快，城市居民用气量也在增加，我国城市燃气规模不断增大，城市燃气输配管网的总里程不断增加。城市燃气管网已经成为我国城市能源的生命线。在城市燃气管道服役期间，新旧管道都会出现如腐蚀、裂纹、变形等失效，会导致如管道泄漏、爆炸等事故.这不仅会带来巨大的经济损失和人员伤亡，而且还会导致严重的环境污染。为了加强城市燃气安全生产与管理，保障城市能源供应与使用安全，必须要对城市燃气管网进行定期的检测与维护。目前针对城市燃气管道的安全问题，国内目前主要是在管道泄漏后进行准确定位燃气管道泄漏点并开展维抢修，并没有对管道进行检测和维护。而且城市燃气管道多在公共用地内，不能进行随意开挖检测，所以只能用内检测技术进行检测。由于城市燃气管网阀门、三通密布，所以需要一种适应管道形状变化的管道机器人进行检测。目前国内外针对城市燃气管道的机器人的研究仍然很少，主要是城市燃气管道对机器人安全可靠性要求更高。国内外对管道机器人的一个难题是转向问题，目前主要是利用差速的原理。国内的管道机器人的转向利用差速器进行被动转向，不能适应三通密布的城市燃气管道。国外的管道机器人利用带编码器的电机实现差速转向，控制系统过于复杂。所以需要一种具有实用高效、控制简单的转向方式的城市燃气管道机器人。

技术实现要素：
本发明专利的目的是为了保障城市能源供应与使用安全，针对国家油气管网安全项目，提供一种适应管道形状变化的城市燃气管道机器人，通过压缩空气提供动力，将舵机系统与伸缩机构结合，实现一种针对城市燃气管网进行定期的检测的管道机器人。本发明采用以下技术方案：本发明一种适应管道形状变化的城市燃气管道机器人，主要由动力皮碗、弹簧联轴器、机架、张紧弹簧、滑块、支撑连杆、从动轮、支撑臂、里程轮、舵机系统、齿轮组、伸缩系统、伸缩杆、导向轮机架、旋转轴、伸缩弹簧、导向轮座、导向轮、控制系统、电池组、电机、舵机控制电板、电位器、电机齿轮组组成。所述动力皮碗与弹簧联轴器相连，弹簧联轴器与机架相连；张紧弹簧、滑块通过螺栓与机架相连，支撑连杆通过铰链与支撑臂相连；从动轮、里程轮、导向轮安装在支撑臂上并分别相距60°径向布置在管道内壁上；舵机控制电板安装于舵机系统内部，电机通过电机齿轮组与电位器相连；舵机系统通过齿轮组与伸缩杆相连，伸缩杆安装在导向轮机架；伸缩弹簧安装于导向轮机架内部，伸缩杆与旋转轴间隙配合相连，导向轮座通过螺栓固定旋转轴，导向轮座通过铰链与导向轮相连；电池组与控制系统安装于机架内部。本发明专利的有益效果是：1、本发明运用压缩空气驱动机器人，速度控制简单、牵引力更大，可以在复杂结构的城市燃气管道中平稳运行；2、本发明转向控制系统与带编码器机器人转向控制系统相比更加简单，将里程轮定位与舵机系统相结合实现机器人在复杂形状城市燃气管道内部的准确转向；3、本发明结构简单、实用高效，解决城市燃气管道的在线检测难题，消除服役管道的安全隐患，确保城市能源供应与使用安全。附图说明图1为本发明一种适应管道形状变化的城市燃气管道机器人的结构示意主视图；图2为图1的右视图；图3为本发明的舵机系统结构示意图；图4为本发明的伸缩机构结构示意图。图中：1.管道内壁；2.动力皮碗；3.弹簧联轴器；4.机架；5.张紧弹簧；6.滑块；7.支撑连杆；8.从动轮；9.支撑臂；10里程轮；11.舵机系统；12.齿轮组；13.伸缩系统；14.伸缩杆；15.导向轮机架；16.旋转轴；17.伸缩弹簧；18.导向轮座；19.导向轮；20.控制系统；21.电池组；22.电机；23.舵机控制电板；24.电位器；25.舵机齿轮组。具体实施方式下面结合附图对发明专利作进一步说明。如图1、图2、图3、图4所示，本发明一种适应管道形状变化的城市燃气管道机器人，主要由动力皮碗2；弹簧联轴器3；机架4；张紧弹簧5；滑块6；支撑连杆7；从动轮8；支撑臂9；里程轮10；舵机系统11；齿轮组12；伸缩系统13；伸缩杆14；导向轮机架15；旋转轴16；伸缩弹簧17；导向轮座18；导向轮19；控制系统20；电池组21；电机22；舵机控制电板23；电位器24；电机齿轮组25组成。所述动力皮碗2与弹簧联轴器3相连，弹簧联轴器3与机架4相连；张紧弹簧5、滑块6通过螺栓与机架4相连，支撑连杆7通过铰链与支撑臂9相连；从动轮8、里程轮10、导向轮19安装在支撑臂9上并分别相距60°径向布置在管道内壁1上；舵机控制电板23安装于舵机系统11内部，电机22通过电机齿轮组25与电位器24相连；舵机系统11通过齿轮组25与伸缩杆14相连，伸缩杆14安装于导向轮机架15；伸缩弹簧17安装于导向轮机架15内部，伸缩杆14与旋转轴16间隙配合相连，导向轮座18通过螺栓固定旋转轴16，导向轮座18通过铰链与导向轮19相连；电池组21与控制系统20安装于机架4内部。如图2所示，里程轮10通过铰链与支撑臂9相连，支撑臂9通过螺栓固定于机架4；导向轮19通过铰链与导向轮机架15相连，导向轮机架15通过螺栓安装在机架4。如图3所示，所述舵机系统11由电机22、舵机控制电板23、电机齿轮组25、电位器24构成。所述电机22和舵机控制电板23通过螺栓固定在机架4上；电位器24通过螺栓固定在电机22输出轴上；电机22输出轴上安装电机齿轮组25从而输出动力；如图4所示，所述伸缩系统13由伸缩杆14、导向轮机架15、旋转轴16、伸缩弹簧17、导向轮座18、导向轮19组成。所述伸缩杆14通过螺栓固定在导向轮机架15上；伸缩杆14下部加工的正方形的盲孔与旋转轴16顶部的外正方形的轴端形成间隙配合，从而伸缩杆14的旋转通过盲孔内壁传递给旋转轴16，驱动旋转轴16转动；伸缩弹簧17通过螺栓安装在导向轮架15上并与导向轮座18相连，导向轮座18上通过铰链安装导向轮19，导向轮19沿着管道内壁1自转并能随着导向轮座18改变转向。机器人的工作原理：通过压缩空气驱动皮碗2前进，为机器人提供动力，并通过调节压缩空气流量来调节机器人运动速度。机器人在管道内1运动通过前端上部两个里程轮10进行定位。当机器人运动到弯管或三通管道位置，里程轮10将信号传递到控制系统20，控制系统20将信号传递到舵机系统11。舵机系统11中电机22启动并通过齿轮组25带动伸缩杆14和旋转轴16旋转，旋转轴16与导向轮座18固连，从而使导向轮19改变相应角度，实现机器人的运动方向的改变。舵机的电位器24安装在电机22输出轴上，对电机22的运动进行监测，保证电机22精确旋转相应的角度，从而实现机器人在管道内1安全准确地通过弯管或三通管道位置。