一种无动力牵引投送机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种无动力牵引投送机器人，包括地面牵引机构、电缆和主体套筒，主体套筒中依次安装有辅助单元、井下控制单元和执行单元，所述地面牵引机构通过电缆连接于辅助单元的一段，辅助单元的另一端连接于井下控制单元，井下控制单元的另一端连接于执行单元。本实用新型将各个机构模块化设置连接，以柔性连接的模块组成整体结构，从而使总体的轴向尺寸不影响其在井下的灵活性，还能保证机器人功能的完整，同时，各模块分工合作实现预定功能的同时也要协调配合使其构成分而不化的整体。另外，本实用新型结构简单，体积较小，适于水平水井工作。
【专利说明】
一种无动力牵引投送机器人
技术领域
[0001]本实用新型属于管道机器人领域，具体涉及一种无动力牵引投送机器人。
【背景技术】
[0002]在全球资源紧缺的环境下，水平井技术以其低成本，高产率，低污染等技术特点在世界范围内迅速发展。与竖井相区别的是，水平井作业区域为较大斜度段甚至为水平段，竖井中可以通过重力作用进行工作的方式几乎完全无法在水平井中应用。至目前为止，全球水平井数量已突破4万口，对水平井内部进行检测和操作的技术问题日益凸显。自20世纪以来，随着世界智能化步伐的前进，以机电一体化为技术为基础的机器人技术在各个领域迅速发展。管道机器人就是机器人领域的一个重要分支，其以管道为特定工作对象，以管道内各种极限环境为作业工况，通过携带各种作业装置或检测装置，并以遥控等远程控制方式实现人无法完成的管道作业。水平井投送机器人是针对水平井而开发的一种特种机器人，其基于管道机器人技术发展演化而来，用于在无法依靠重力工作的大斜度水平井管道中通过携带仪器设备完成检测、清理、涂刷等工作。由于井下环境复杂，径向尺寸狭小且工作稳定性要高，因此，水平井牵引投送机器人需满足环境适应性好，工作效率高，能源稳定，功率密度大等特点。
[0003]然而，动力性的好坏与动力源的形式及驱动机构有直接联系。目前较多采用自携式动力源，以电动机最为常见，依靠爬行轮或抓靠臂等与管壁的挤压获得驱动所需摩擦力。在这些驱动结构中，抓靠臂与管壁的面接触优于轮与管壁的线接触，这是由于在同等压迫力的条件下，面接触的驱动机构获得更大的支撑力，从而在一定程度上可以提高稳定性。与之相伴的是井下环境对井下动力源的稳定性造成一定程度的影响，动力装置在井下难以长期承受其高温，高压的环境，富含杂质的管路加速了机器人的磨损，同时也容易堵塞动力机构。对动力源等加装保护装置又在一定程度上限制了机器人的灵活性，因此，动力源的形式成为了水平井牵引投送机器人的一个技术问题。
【实用新型内容】
[0004]发明目的:本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种无动力牵引投送机器人，本实用新型能够完成水平井作业，以其独有的完整作业系统及驱动系统有效的解决了水平井难以到达指定地点及井下作业控制难等技术难题。
[0005]技术方案:本实用新型所述的一种无动力牵引投送机器人，其特征在于:包括地面牵引机构、电缆和主体套筒，主体套筒中依次安装有辅助单元、井下控制单元和执行单元，所述地面牵引机构通过电缆连接于辅助单元的一段，辅助单元的另一端连接于井下控制单元，井下控制单元的另一端连接于执行单元;所述辅助单元包括旋转接头和第一定心机构，旋转结构连接于电缆，而第一定心机构则连接于旋转接头;所述井下控制单元包括与定心机构相连接的位置传感器，位置传感器的另一端连接于控制模块;所述执行单元包括与电机相连的第一电机，第一电机的另一端设有动作机构，动作机构的另一端连接有第二电机，第二电机的另一端依次连接有牵引力调节机构和驱动机构，驱动机构的另一端还设有第二定心机构。
[0006]其中，上述的地面牵引机构即是地面动力单元，为井下机器人提供动力，可以采用现有的通用技术。
[0007]进一步的，所述第一定心机构与第二定心机构的结构相同，都是用于对机器人的位置进行调节，从而可以让机器人始终浮于管路中央，第一定心机构包括心轴、扶正臂座、顶杆和扶正臂，所述心轴的两端分别安装有扶正臂座，扶正臂座内部均设有弹簧，心轴穿过弹簧，两个扶正臂座上均设有相向设置的顶杆，两个顶杆的另一端均连接有扶正臂，两个扶正臂之间设有抵于油管内壁的轮子。
[0008]进一步的，所述控制模块对执行单元发出各种运动指令，使机器人在管内行走，将测试仪器送到目的地，系统断电时能将爬行轮自动收回，该控制模块(采用现有的控制模块即可)控制电路板，可以完成上述功能即可。
[0009]进一步的，所述驱动机构由电机驱动，进而驱动执行单元行走，所述牵引力调节机构通过改变驱动机构中爬行轮与油管管壁间的相互作用力，从而改变爬行轮与管壁间的摩擦力。
[0010]上述的驱动机构与动作机构的结构相同；包括减速器、传动轴和爬行轮，驱动机构主要为机器人提供行走动力，所述调节机构包括电机、离合器、滚珠丝杠、动作套筒，压缩弹簧、推杆和驱动臂等等。可以采用现有的驱动机构和调节机构。
[0011]有益效果:本实用新型将各个机构模块化设置连接，以柔性连接的模块组成整体结构，从而使总体的轴向尺寸不影响其在井下的灵活性，还能保证机器人功能的完整，同时，各模块分工合作实现预定功能的同时也要协调配合使其构成分而不化的整体。另外，本实用新型结构简单，体积较小，适于水平水井工作。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的结构不意图；
[0013]图2为本实用新型中定心机构的结构示意图；
[0014]图3为本实用新型中定心机构的侧视图。
【具体实施方式】
[0015]下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
[0016]如图1至图3所示，本实用新型的一种无动力牵引投送机器人，包括地面牵引机构、电缆和主体套筒，主体套筒中依次安装有辅助单元、井下控制单元和执行单元，地面牵引机构通过电缆连接于辅助单元的一段，辅助单元的另一端连接于井下控制单元，井下控制单元的另一端连接于执行单元;辅助单元包括旋转接头和第一定心机构，旋转结构连接于电缆，而第一定心机构则连接于旋转接头;井下控制单元包括与定心机构相连接的位置传感器，位置传感器的另一端连接于控制模块;执行单元包括与电机相连的第一电机，第一电机的另一端设有动作机构，动作机构的另一端连接有第二电机，第二电机的另一端依次连接有牵引力调节机构和驱动机构，驱动机构的另一端还设有第二定心机构。
[0017]其中，第一定心机构与第二定心机构的结构相同，都是用于对机器人的位置进行调节，从而可以让机器人始终浮于管路中央，第一定心机构包括心轴4、扶正臂座3、顶杆5和扶正臂2，所述心轴4的两端分别安装有扶正臂座3，扶正臂座3内部均设有弹簧6，心轴4穿过弹簧6，两个扶正臂座3上均设有相向设置的顶杆5，两个顶杆5的另一端均连接有扶正臂2，两个扶正臂2之间设有抵于油管内壁的轮子I。上述控制模块对执行单元发出各种运动指令，使机器人在管内行走，将测试仪器送到目的地，系统断电时能将爬行轮自动收回，该控制模块控制电路板，可以完成上述功能即可。
[0018]进一步的，所述驱动机构由电机驱动，进而驱动执行单元行走，所述牵引力调节机构通过改变驱动机构中爬行轮与油管管壁间的相互作用力，从而改变爬行轮与管壁间的摩擦力。
[0019]在实际使用过程中，牵引机构安装于地面，为整个装置提供稳定的牵引力，通过电缆将该力作用于无动力水平井投送机器人中两个定心机构中的高性能弹簧上，使弹簧6在扶正臂座2内内压缩，此时将地面的机械能转化为井下机器人动力模块中的弹性势能，当弹簧6压缩至一定程度，驱动模块停止工作，将弹簧6—段自由释放，该弹簧6的另一端固定于机器人主体的扶正臂座2上，利用弹簧中储存的大量弹性势能转化为机器人的动能，使机器人前进。
[0020]上述辅助单元可使整个机器人装置拥有双向运动(靠电机正反转)的能力，以整体提高水平井无动力牵引投送机器人的运动能力。
【主权项】
1.一种无动力牵引投送机器人，其特征在于:包括地面牵引机构、电缆和主体套筒，主体套筒中依次安装有辅助单元、井下控制单元和执行单元，所述地面牵引机构通过电缆连接于辅助单元的一端，辅助单元的另一端连接于井下控制单元，井下控制单元的另一端连接于执行单元;所述辅助单元包括旋转接头和第一定心机构，旋转接头连接于电缆，而第一定心机构则连接于旋转接头;所述井下控制单元包括与定心机构相连接的位置传感器，位置传感器的另一端连接于控制模块;所述执行单元包括与电机相连的第一电机，第一电机的另一端设有动作机构，动作机构的另一端连接有第二电机，第二电机的另一端依次连接有牵引力调节机构和驱动机构，驱动机构的另一端还设有第二定心机构。2.根据权利要求1所述的无动力牵引投送机器人，其特征在于:所述第一定心机构与第二定心机构的结构相同，所述第一定心机构包括心轴、扶正臂座、顶杆和扶正臂，所述心轴的两端分别安装有扶正臂座，扶正臂座内部均设有弹簧，心轴穿过弹簧，两个扶正臂座上均设有相向设置的顶杆，两个顶杆的另一端均连接有扶正臂，两个扶正臂之间设有抵于油管内壁的轮子。3.根据权利要求1所述的无动力牵引投送机器人，其特征在于:所述控制模块对执行单元发出各种运动指令，使机器人在管内行走，将测试仪器送到目的地，系统断电时能将爬行轮自动收回。4.根据权利要求1所述的无动力牵引投送机器人，其特征在于:所述驱动机构由电机驱动，进而驱动执行单元行走，所述牵引力调节机构通过改变驱动机构中爬行轮与油管管壁间的相互作用力，从而改变爬行轮与管壁间的摩擦力。
【文档编号】F16L55/30GK205534828SQ201620256072
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】黄延平, 陈志祥
【申请人】无锡工艺职业技术学院