专利名称：步伐行走式管道清洗机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及管道污垢清洗机械领域，特指一种步伐行走式管道清洗机器人。
技术背景管道清洗机器人是实现管道内壁除街m^化和自动化的工具，用于清除输油、输水、天然气等管线的油垢、结蜡、水垢等，解决AX清洗方式费时费力的难题， 既能提高劳动效率、保ffiM量，又能节省^。皿机器人的驱动和行走机构设计是其 关键技术，现有驱动方式分为三沐自翻力源、利用流体压力和管外推力，行走机构有轮式、脚式、蠕动式等。如我国实用新型专利CN2734434 "管道清洗机器人"， 采用履带行进机构，以行进马达提供动力，清洗头由气动马达驱动，通过升降臂 可改变位置，适合清洗各种复杂情况的管道，不留死角，彻底清除杂物、灰尘和 病菌，但其体积和重量大，结构复杂，装机成本高，不适合于小尺寸管道清洗， 在倾斜安置的管道中行进亦存在困难。又如我国实用新型专利CN2706250 " — 种工业管道清洗装置"，清洗机械所含清洗头由一个双作用气缸和刷子组成，使 用压縮空气为动力，通过交替改变气缸进气方向，按照最小阻力定律，使其活塞 杆或缸体运动，推拉前后刷毛与管壁摩擦清洗并行进，具有结构简单、易拆卸安 装、动力消耗小、适应环境强、安装成本低、无污染等优点。但刷毛只能沿管道 轴向运动，管壁清洗质量不能保证，清洗头由于自重不能在管道中保持定心位置， 造成行走阻力火，也不能观察管道内部情况。发明内容本发明的目的是提供一种克服上述缺陷，实现小尺寸、水平或倾斜安装管道 污标清洗的自动化机械。步伐行走式管道清洗机器人，其特征在于采用艮缩空气为动力的气动技术， 在气源与完自作的执行件之间不需要^的 传动机构，以直线气缸作为执纟亍件组 成行走机构，以回然缸驱动功倉涮头，整机结构简单、可靠、成本低，具有防7k、防
尘功能，可用于易燃易辭卩有辐射危险场合，通过可编程控制器和触摸屏控制完成 全部清洗过程。机器人由行走部分和功能部分纟賊。行走部^a括fi^缸、前撑m:、前配气盘、后撑紧缸、后配气盘、中间连接盘、球铰链、导向轮以及套筒。fi^用仿生学原理， 前后径向撑紧机构各以四只径向均布的前撑紧缸、撑紧头和前配，、四只5陉向均布的 后撑紧缸、撑紧头和后配气盘构成，分别模仿人的手、脚对管壁的撑紧、^t^动作。以 行走缸模仿人的身体伸縮动作来实现步伐式行走，行走缸缸体和中间连接盘、后配气 盘固定在一起，活mff和前配气盘采用球铰链连接，以减少管道直线度误差对运 动的影响。通过前撑紧缸、后撑紧缸和行走缸的协调运动，使机器人可沿直管前 后双向运动，由气动系统和控制系统实现速度可调、移动距离可以控制。套筒安 装在中间连接盘和后配气盘之间，对安装在行走缸上的电磁阀及其电气元f^起保 护作用。在机器人的前配气盘以及套筒上安装了两组对称配置的弹性导向轮，沿管道 径向与管壁接触，起支撑和导向作用。它一方面降低了机器人行走时的摩擦阻力，使行走平稳；另一方面因为结构 ，对连接在前配气盘上的回 ^及期区动的m头具有自动定心的作用，能保证清洗工作的顺利进行。机器人的功能部分由回转缸、清洗头组成。结合步伐式行走，采用分段反复清洗的工作方式。回转缸可以驱动带多个刷头的清洗头作回转角度大于180度的 正反向摆动，此时前撑紧机构松开、后撑紧机构撑紧管壁，在行走缸的活塞杆伸 縮运动的配合下，刷头紧贴管壁作径向和轴向的复合运动，利用刷头在管壁上形 成的网状轨迹对管壁各处反复清洗，使清洗范围和清洁度得到保证。为了增加刷 头和管壁之间的摩擦力，在清洗头上设计了弹性张紧机构，使刷头在弹簧力的作 用下紧贴管道内壁。可以在机器人上安装喷头，直接将清洗液喷射至刷头工作的 位置，取得更好的清洗效果。 本发明的优点如下(1) 大量采用了气动标准件，减少了设计、加工时间，保证了设备工作可靠性和维护 方便性，整机结构紧凑、^R小、錢轻，可用于小尺寸髓的清洗作业；(2) 径向撑紧机构采用螺纹联结方法，将撑^T (,缸)径向均布安 配气^±， ffi^内气M"单作用气缸供气，此集成的机构减少了连接元件和配管M，节省空间，
简化拆装，撑:^和放松、由于fi^呈短，动作fflii;(3) 采用对管壁的繊撑紧方案和繊设置导向轮使机器人利用管道自定心，划艮了自身重力的影响，可以在倾斜放置的直管中行进种皿，M更,紧头和导向,片调整，t鹏不同大小管径的清洗要求；(4) 电磁阀)(^固定在行走缸的缸体上，ffl^卜部气源集中供气的方式，M^、了有缆 机器A^卜带气管的数量，提高了机器人在髓内《琉的灵活性和稳定性；(5) 电磁阀及磁g^开关等电气元件得到套筒保护，使机器人具有防尘、防水功能， 针对管壁的污染状^JS用不同功能的刷头，在清洗液的配合下，对管道内壁分段反复清洗，aii前置照明灯和摄像头可以观测到现场情况，保证了清、皿量；(6) 利用气动元件与电气、电子元件(PLC、触,)结合，实现可视化操作，多命令 控制方式，方便实用，实现了快速、錢、低鹏的清鄉呈自动化。
图1本发明机械的结构示意图(，m管) 图2气动原理图 图3控制流程图(1)清洗头(2)回離 (3)、 (11)撑紧头(4)前撑mi (5)前配， (6)球铰链 (7)中间连接盘 (8)行走缸 (9)电磁阀(10)导向轮 (12)后撑紧缸(13)后配气盘(14)指示灯(15)航空插头座(16)套筒 (17)照明灯及摄像头 (18)磁,开关(19)单向节流阀如图1所示，本发明W^构的具体细节为机器人由g部分和功能部分,。主要包摘胄洗头(1)、回離(2)、行走缸(8)、前撑紧缸(4)、前配气盘(5)、后 撑紧缸(12)、后配，(13)、撑紧头(3、 11)、中间连接盘(7)、球繊(6)、导向 轮(10)以及套筒(16)。行走部分的前后径向撑紧机构分别以四只径向均布的前后撑 紧缸(4、 12)、撑紧头(3、 11)和前后配气盘(5、 13)构成。行走缸(8)模仿人的 身体伸縮动作来实现步伐式行走，行走缸缸体前后端面分别和中间连接盘(7)、后配 气盘(13)固定在一起，行走缸(8)的活Sff和前配气盘(5)采用球铰链(6)连
接。套筒(16)安装在中间连接盘(7)和后配气盘(11)之间。通过前撑Mfei: (4)、 后撑m (12)和行走缸(8)的协调运动，使机器人可沿直管前后双向运动，由气动 系统和控制系统实3EI3I度可调、移动距离可以控制。在机器人的前配气盘(5)以及 套筒(17)上安装了两组对称配置的弹性导向轮(10)，起支撑、导向和定心的 作用。机器人的功能部分由回转缸(2)缸体固定在前配气盘(5)上、转轴可以驱 动带多个刷头的清洗头(1)作回转角度大于180度的正反向摆动，在清洗头(1) 上设计了弹性张紧机构，使刷头在弹簧力的作用下紧贴管道内壁。可以在机器人 上安装喷头，直接将清洗液喷射至刷头工作的位置，取得更好的清洗效果。如图2^,执行元件fi^缸(8)的活塞上镶嵌了磁环，在缸体，择活塞fi^呈终 端位置安装磁m开关(18);撑紧缸(4) (12)为单作用弹簧复位缸；回g[(2)的摆 动角度大于180度。在行走缸(8)和回转缸(2)的接气口上安装单向节流阀(19)，调节 行走以及清^I动的速度。控制行走缸(8)和回转缸(2)运动方向的换向阀(9)采用二位 五通型电磁阀，对前后配气盘(5)(13)供气的换向阀(9)为安^f便，iH^用同样型号电 磁阀，舰时将其中一工作口堵塞。将气管、带航空插头的控制电缆、视频电缆与机器人的相应接口连接，通气 通电做好准备工作。触摸屏画面中可实现的功能为:控制机器人的前后双向行走， 选择清洗次数和清洗长度，对运行状态的监控，实现手动与自动的切换等等。如图3所示，切换到手动工作方式后，可以控制机器人前进后退的几个动作， 检査气缸及撑紧机构工作是否正常；切换到自动工作方式后，可以选择行走方向 (进/退)、工作模式(清洗/行走)，设定行走步数以及在每步中清洗的次数,完 成后按开始键运行，机器人在完成一段直管的清洗工作后自动停止或返回原位 (单/往)，并在工作中显示当前行走的步数。按停止键可即时中断运行。通过观 察机器人尾部指示灯(14)的亮灭来判断其是否工作。在行走缸运动过程中如遇 障碍，触摸屏会自动发出蜂鸣报警并停止运动，用手动方式将机器人逐步退出管 道。
权利要求
1.步伐行走式管道清洗机器人，由行走部分和功能部分组成，行走部分包括行走缸(8)、前后径向撑紧机构、中间连接盘(7)、球铰链(6)、导向轮(10)以及套筒(16)；其特征是前后径向撑紧机构分别以四只径向均布的前后撑紧缸(4、12)、撑紧头(3、11)和前后配气盘(5、13)构成，行走缸(8)缸体前后端面分别和中间连接盘(7)、后配气盘(13)固定在一起，行走缸(8)的活塞杆和前配气盘(5)采用球铰链(6)连接；套筒(16)安装在中间连接盘(7)和后配气盘(11)之间，两组对称配置的弹性导向轮(10)安装在机器人的前配气盘(5)以及套筒(17)上；机器人的功能部分由回转缸(2)及安装在回转缸(2)缸体上的清洗头(1)组成。
2. 根据权利要求1所述的步伐行走式管道清洗机器人，其特征是在清洗头 (1)上设置弹性张紧机构。
3. 根据权利要求1所述的步伐行走式管道清洗机器人，其特征是执行元件 行走缸(8)的活塞上镶嵌了磁环，在缸体J^择活塞fi^呈终端位置安装磁舰开关(18); 撑mL(4、 12)为单作用弹簧复位缸；在行走缸(8)和回^L(2)的^口上安装单向节 流阀(19);控制fi^缸(8)和回離(2)运动方向的换向阀(9)湖二位碰型电磁阀。
4. 根据权利要求1所述的步伐行走式管道清洗机器人，其特征是将气管、 带航空插头的控制电缆、视频电缆、触摸屏与机器人的相应接口连接。
5. 根据权利要求1所述的步伐行走式管道清洗机器人，其特征是安装有前 置照明灯和摄像头。
全文摘要
本发明涉及管道污垢清洗机械领域，特指一种步伐行走式管道清洗机器人。由行走部分和功能部分组成。行走部分包括行走缸、前撑紧缸、前配气盘、后撑紧缸、后配气盘、中间连接盘、球铰链、导向轮以及套筒。行走采用仿生学原理，前后径向撑紧机构各以四只径向均布的前撑紧缸、撑紧头和前配气盘、四只径向均布的后撑紧缸、撑紧头和后配气盘构成，分别模仿人的手、脚对管壁的撑紧、放松动作。以行走缸模仿人的身体伸缩动作来实现步伐式行走，行走缸缸体和中间连接盘、后配气盘固定在一起，活塞杆和前配气盘采用球铰链连接，以减少管道直线度误差对运动的影响。通过前撑紧缸、后撑紧缸和行走缸的协调运动，使机器人可沿直管前后双向运动，由气动系统和控制系统实现速度可调、移动距离可以控制。
文档编号B62D57/032GK101130376SQ200710024688
公开日2008年2月27日 申请日期2007年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者刘文生, 毛卫平, 王富良, 陈寒松, 建 顾 申请人:江苏大学