自适应内壁管道机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种自适应内壁管道机器人，它由三段组成，中部为气缸，两端均为气囊行走机构；所述气缸分为上下两个独立空腔，所述气囊行走机构通过球铰、活塞杆与气缸相连。本发明能有效地适应管道内径的变化，并可顺利通过管道的转弯处；通过操控气缸进气和排气阀门来控制气缸进气和排气的方向，达到控制气缸内活塞杆上行和下行，推动上下气囊行走机构，从而实现管道机器人双向驱动行走；配备相关辅具后，对管道检测全面、可靠，运动灵活且平稳可靠。
【专利说明】
自适应内壁管道机器人
技术领域
[0001]本发明涉及一种管道机器人，更具体地说，是一种主被动控制的自适应内壁管道机器人。
【背景技术】
[0002]管道作为物质运输的重要工具，在使用过程中，需要经常对管道老化、破裂、腐蚀、堵塞、机械损伤、焊缝质量等进行检修，但管道一般深埋在地下或建筑物中，尤其是内表面不便于人工检修，迫切需要研制各种管道机器人。然而目前管道机器人主要依靠轮子或吸盘与管道内壁之间进行接触，这样会出现很多问题，如:只能在固定直径的直管道行走，一旦管径变化或者管道弯曲就会出现卡死的现象。为此，本发明提出一种可以管道内径的变化和弯曲的自适应内壁管道机器人。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种可适应变化或弯曲的管道内径，通过气囊与管道间接触，实现主被动行走的自适应内壁管道机器人。
[0004]本发明采用的技术方案如下:一种自适应内壁管道机器人，所述管道机器人由三段组成，中部为气缸，两端均为气囊行走机构；
所述气缸分为上下两个独立空腔，所述气囊行走机构通过球铰、活塞杆与气缸相连；所述气囊行走机构包括连接杆机构、气囊、步进电机和螺杆副，所述连接杆机构一端与气囊螺纹连接，另一端与螺杆副铰接，所述螺杆副与步进电机通过联轴器相连；
所述气缸外侧设有气栗，所述气缸与气栗为螺纹连接，所述气缸通过气管与气囊相连，所述气缸上空腔外设有I气缸排气阀门和I气缸进气阀门，气缸下空腔外设有II气缸进气阀门和II气缸排气阀门，所述气管上设有气囊排气阀门，气囊进气阀门。
[0005]作为优选的技术方案，所述气囊的数量为2-6个。
[0006]作为优选的技术方案，所述气囊的数量为3个，3个气囊间的夹角为120度。
[0007]作为优选的技术方案，所述连接杆机构各杆之间为铰接。
[0008]作为优选的技术方案，所述步进电机通过正反转转数控制螺杆副的螺纹连接长度。
[0009]作为优选的技术方案，所述螺杆副可自锁。
[0010]本发明的有益效果是:
(1)既可以通过改变气囊行走机构中的气囊与管道内壁的摩擦状态，实现依靠机器人自身重力自上而下的被动行走;也可以通过控制气缸内活塞杆上行和下行，推动上下气囊行走机构进行主动行走；
(2)通过改变气囊内气压的大小来控制气囊与管壁的摩擦状态，实现对机器人被动下降速度的调节；
(3)通过改变螺杆副螺纹连接长度，达到改变气囊之间的夹角，从而适应管径变化； (4)通过球铰连接可使机器人的头部和尾部自由转动，以适应管道中的弯曲部分。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的结构示意图；
图中:管道I，连接杆机构2，气囊3，气囊排气阀门4，气囊进气阀门5，气管6，I气缸排气阀门7，I气缸进气阀门8，气缸9，气栗1，11气缸进气阀门11，II气缸排气阀门12，球铰13，步进电机14，螺杆副15、活塞杆16。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0013]一种自适应内壁管道机器人，所述管道机器人由三段组成，中部为气缸9，两端均为气囊行走机构;所述气缸9分为上下两个独立空腔，所述气囊行走机构通过球铰13、活塞杆16与气缸9相连;所述气囊行走机构包括连接杆机构2、气囊3、步进电机14和螺杆副15，所述连接杆机构2—端与气囊3螺纹连接，另一端与螺杆副15铰接，所述螺杆副15与步进电机14通过联轴器相连;所述气缸9外侧设有气栗10，所述气缸9与气栗10为螺纹连接，所述气缸9通过气管6与气囊3相连，所述气缸9上空腔外设有I气缸排气阀门7和I气缸进气阀门8，气缸9下空腔外设有II气缸进气阀门11和II气缸排气阀门12，所述气管6上设有气囊排气阀门4，气囊进气阀门5。
[0014]所述气囊3的数量为3个，3个气囊3间的夹角为120度，所述连接杆机构2各杆之间为铰接，所述步进电机14通过正反转转数控制螺杆副15的螺纹连接长度，从而改变气囊3之间的张角，达到适应管道内径变化的目的，所述螺杆副15可自锁。
[0015]所述气栗10为气囊3提供气源，分别由气囊进气阀门5和气囊排气阀门4控制气囊3内气压的大小，以保持气囊3内气压的稳定和控制气囊3与管壁的摩擦状态，摩擦状态决定了机器人被动下降速度。
[0016]通过操控I气缸排气阀门7、排出气缸9上空腔内压缩空气，然后由气栗10提供气源，通过操控II气缸进气阀门11，推动活塞杆上行;通过操控II气缸排气阀门12、排出气缸9下空腔内压缩空气，然后由气栗10提供气源，通过操控I气缸进气阀门8，推动活塞杆16下行;通过控制气缸9进气和排气的方向，达到控制气缸9内活塞杆16上行和下行，从而推动上下气囊行走机构，实现管道机器人双向驱动行走。所述球铰13可以使机器人的头部和尾部自由转动，以适应管道I中的弯道需求。
[0017]工作时，通过上下气囊行走机构依靠自身重力自上而下被动行走，根据气囊3与管道内壁的摩擦状态决定机器人被动下降的速度；当机器人无法利用重力实现被动行走时，如水平或自下而上运动，可通过改变气缸9的进气和排气的方向，推动活塞杆16上行，同时两端的气囊3与管道I内壁交替接触与脱离，实现主动行走。
[0018]本发明能够有效适应管道内径的变化，并可顺利通过管道的转弯处，配备相关辅具后，对管道检测全面、可靠，运动灵活且平稳可靠。
【主权项】
1.一种自适应内壁管道机器人，其特征是，所述管道机器人由三段组成，中部为气缸(9)，两端均为气囊行走机构； 所述气缸(9)分为上下两个独立空腔，所述气囊行走机构通过球铰(13)、活塞杆(16)与气缸(9)相连； 所述气囊行走机构包括连接杆机构(2)、气囊(3)、步进电机(14)和螺杆副(15)，所述连接杆机构(2)—端与气囊(3)螺纹连接，另一端与螺杆副(15)铰接，所述螺杆副(15)与步进电机(14)通过联轴器相连； 所述气缸(9)外侧设有气栗(10)，所述气缸(9)与气栗(10)为螺纹连接，所述气缸(9)通过气管(6)与气囊(3)相连，所述气缸(9)上空腔外设有I气缸排气阀门(7)和I气缸进气阀门(8)，气缸(9)下空腔外设有11气缸进气阀门(11)和II气缸排气阀门(12)，所述气管(6)上设有气囊排气阀门(4)，气囊进气阀门(5)。2.根据权利要求1所述的自适应内壁管道机器人，其特征是，所述气囊(3)的数量为2-6个。3.根据权利要求1所述的自适应内壁管道机器人，其特征是，所述气囊(3)的数量为3个，3个气囊(3)间的夹角为120度。4.根据权利要求1所述的自适应内壁管道机器人，其特征是，所述连接杆机构(2)各杆之间为铰接。5.根据权利要求1所述的自适应内壁管道机器人，其特征是，所述步进电机(14)通过正反转转数控制螺杆副(15 )的螺纹连接长度。6.根据权利要求1所述的自适应内壁管道机器人，其特征是，所述螺杆副(15)可自锁。
【文档编号】F16L101/30GK105937683SQ201610391745
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】单建华, 尹忠杰, 詹军, 杨恒基, 何家勇, 陈苗苗
【申请人】安徽工业大学