一种管道机器人自适应框架及其在管道内的工作方法与流程

本发明属于管道机器人领域，具体涉及一种管道机器人自适应框架及其在管道内的工作方法。

背景技术：

在石油输送及城市排污过程中，涉及大量管道工程，随着管道铺设长度的增加，凸显出例如异物堵塞、焊接漏缝等问题。目前的管机器人适用于管径统一且弯道半径大的管道，存在工作目标单一、工作环境要求高、适配性差等缺点，无法满足例如短距离升降或者管径变化等管道的需求。

因此，为适应不同的管道环境，需要一种管道机器人自适应框架以适应不同管道环境的需求，提升管道检修及排污功能的高效性。

技术实现要素：

本发明的目的是为满足管道检修及排污过程中对管径变化及管道变位的需求，提供一种管道机器人自适应框架及其在管道内的工作方法，可根据管道的变化自动进行尺寸和位姿的调整，加强管道机器人的适配性，提高其工作效率。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明一种管道机器人自适应框架，包括单元体一、单元体二、连杆和阻尼器。所述的单元体一包括子单元体一和子单元体二，所述的单元体二由两个子单元体二组成。

所述的子单元体一包括作用筒一、作用筒二、活塞连接架、弹簧和滚轮，n个作用筒一以及n作用筒二沿圆周均布，且作用筒一与作用筒二交替布置，n≥3；每个作用筒一两端与相邻两个作用筒二分别通过活塞连接架连接；所述作用筒一和作用筒二的内管壁两端均开设有滑槽，两端滑槽的内端封闭形成位于内管壁中部的分隔块；所述的分隔块两侧均设有一体成型的凸台一；所述的活塞连接架两端均设有一体成型的滑台，滑台上设有一体成型的凸台二；作用筒一两端的滑槽与两个活塞连接架的滑台分别构成滑动副，且作用筒一的凸台一与两个活塞连接架的凸台二之间均通过弹簧连接；作用筒二两端的滑槽与两个活塞连接架的滑台分别构成滑动副，且作用筒二的凸台一与两个活塞连接架的凸台二之间均通过弹簧连接；作用筒一和作用筒二外壁中部均铰接有滚轮。

所述的子单元体二包括作用筒一、作用筒三、活塞连接架、弹簧和滚轮；n个作用筒一以及n作用筒三沿圆周均布，且作用筒一与作用筒三交替布置；每个作用筒一两端与相邻两个作用筒三分别通过活塞连接架连接；所述作用筒三的内管壁两端均开设有滑槽，作用筒三两端滑槽的内端封闭形成位于内管壁中部的分隔块；作用筒三的分隔块两侧均设有一体成型的凸台一；子单元体二的作用筒一两端滑槽也与两个活塞连接架的滑台分别构成滑动副，且子单元体二的作用筒一的凸台一与两个活塞连接架的凸台二之间也均通过弹簧连接；子单元体二的作用筒三两端滑槽与两个活塞连接架的滑台分别构成滑动副，且子单元体二的作用筒三的凸台一与两个活塞连接架的凸台二之间均通过弹簧连接；子单元体二的作用筒一外壁中部也铰接有滚轮。

所述的作用筒一上还固定设有连接座；单元体一中，子单元体一和子单元体二周向位置对应的每两个作用筒一的连接座通过连杆固定连接；单元体二中，两个子单元体二周向位置对应的每两个作用筒一的连接座通过连杆固定连接。

所述的作用筒三上还固定设有铰接座；单元体一中子单元体二的每个作用筒三与单元体二中子单元体二周向位置对应的作用筒三通过阻尼器连接；所述阻尼器的两端分别与单元体一和单元体二中子单元体一的铰接座球铰接。

所述的活塞连接架包括弧形杆和对称设置在弧形杆两端且一体成型的直杆；滑台设置在直杆上。

所述的子单元体一和子单元体二均呈八边形，且均为闭环结构；两根直杆的夹角为135°。

所述作用筒一上连接座的数量为2。

所述的阻尼器包括阻尼器作用筒和阻尼器滑杆；阻尼器滑杆与阻尼器作用筒构成滑动副，且两者通过弹簧连接；阻尼器作用筒与单元体一中作用筒三的铰接座球铰接，阻尼器滑杆与单元体二中作用筒三的铰接座球铰接。

该管道机器人自适应框架在管道内的工作方法，具体如下：

单元体一由外力驱动，使得滚轮沿着管道内壁滚动，当出现上升和下降的管道结构时，单元体一首先进入；当单元体一进入后，由于单元体一和单元体二之间通过阻尼器柔性连接，单元体二随后进入上升或者下降管道；同时，阻尼器两端分别与单元体一和单元体二中作用筒三上的铰接座球铰接，实现单元体一与单元体二错位，从而实现转弯；当管径变小时，子单元体一和子单元体二受到来自管壁的压力，活塞连接架进入各个作用筒中，子单元体一和子单元体二面积变小；当管径变大时，管壁的压力减小，活塞连接杆在弹簧的弹力作用下外移，直至滚轮与管壁接触，子单元体一和子单元体二面积变大；各个作用筒和活塞连接架之间通过弹簧连接，减小冲击；当管道有异物时，滚轮与异物接触，在异物的作用力下，接触异物的滚轮所对应的子单元体一或子单元体二的活塞连接杆进入各个作用筒中，以越过异物；越过异物后，活塞连接杆在弹簧的弹力作用下外移，直至滚轮与管壁接触。

本发明的有益效果：

1、本发明可适用于不同管径及不同管道高度，适配性广；

2、本发明可在管道中有异物时，实现自身结构调整，具有较高的可调性；

3、本发明的单元体间采用球铰连接，可根据需求进行单元之间的拼接。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明的子单元一结构示意图；

图3为本发明的子单元二结构示意图；

图4为本发明中作用筒一与活塞连接架的装配图；

图5为本发明适应不同管道高度的示意图。

图中：1、作用筒一，1-1、连接座，1-2、凸台一，2、滚轮，3、弹簧，4、活塞连接架，4-1、凸台二，4-2、滑台，5、作用筒三，5-1、铰接座，6、连杆，7、阻尼器作用筒，8、阻尼器滑杆，9、作用筒二，10、滑槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1~5所示，一种管道机器人自适应框架，包括单元体一、单元体二、连杆6和阻尼器。单元体一包括子单元体一和子单元体二，单元体二由两个子单元体二组成。

子单元体一呈八边形，且为闭环结构，包括作用筒一1、作用筒二9、活塞连接架4、弹簧3和滚轮2，四个作用筒一1以及四个作用筒二9沿圆周均布，且作用筒一1与作用筒二9交替布置；每个作用筒一1两端与相邻两个作用筒二9分别通过活塞连接架4连接；作用筒一1和作用筒二9的内管壁两端均开设有滑槽10，两端滑槽10的内端封闭形成位于内管壁中部的分隔块；分隔块两侧均设有一体成型的凸台一1-2；活塞连接架4包括弧形杆和对称设置在弧形杆两端且一体成型的直杆；两根直杆的夹角为135°；活塞连接架4两端均设有一体成型的滑台4-2，滑台4-2上设有一体成型的凸台二4-1；作用筒一1两端的滑槽10与两个活塞连接架4的滑台4-2分别构成滑动副，且作用筒一1的凸台一1-2与两个活塞连接架4的凸台二4-1之间均通过弹簧3连接；作用筒二9两端的滑槽10与两个活塞连接架4的滑台4-2分别构成滑动副，且作用筒二9的凸台一1-2与两个活塞连接架4的凸台二4-1之间均通过弹簧3连接；作用筒一1和作用筒二9外壁中部均铰接有滚轮2。

子单元体二呈八边形，且为闭环结构，包括作用筒一1、作用筒三5、活塞连接架4、弹簧3和滚轮2；四个作用筒一1以及四个作用筒三5沿圆周均布，且作用筒一1与作用筒三5交替布置；每个作用筒一1两端与相邻两个作用筒三5分别通过活塞连接架4连接；作用筒三5的内管壁两端均开设有滑槽10，两端滑槽10的内端封闭形成位于内管壁中部的分隔块；分隔块两侧均设有一体成型的凸台一1-2；子单元体二的作用筒一1两端滑槽10也与两个活塞连接架4的滑台4-2分别构成滑动副，且子单元体二的作用筒一1的凸台一1-2与两个活塞连接架4的凸台二4-1之间也均通过弹簧3连接；子单元体二的作用筒三5两端滑槽10与两个活塞连接架4的滑台4-2分别构成滑动副，且子单元体二的作用筒三5的凸台一1-2与两个活塞连接架4的凸台二4-1之间均通过弹簧3连接；子单元体二的作用筒一1外壁中部也铰接有滚轮2。

作用筒一上还固定设有连接座1-1；单元体一中，子单元体一和子单元体二周向位置对应的每两个作用筒一1的连接座通过连杆6固定连接；单元体二中，两个子单元体二周向位置对应的每两个作用筒一1的连接座通过连杆6固定连接。

作用筒三5上还固定设有铰接座5-1；单元体一中子单元体二的每个作用筒三5与单元体二中子单元体二周向位置对应的作用筒三5通过阻尼器连接；阻尼器包括阻尼器作用筒7和阻尼器滑杆8；阻尼器滑杆8与阻尼器作用筒7构成滑动副，且两者通过弹簧连接；阻尼器作用筒7与单元体一中作用筒三5的铰接座5-1球铰接，阻尼器滑杆8与单元体二中作用筒三5的铰接座5-1球铰接。

该管道机器人自适应框架在管道内的工作方法，具体如下：

单元体一由外力驱动，使得滚轮2沿着管道内壁滚动，当出现上升和下降的管道结构时，单元体一首先进入，当单元体一进入后，由于单元体一和单元体二之间通过阻尼器柔性连接，单元体二随后进入上升或者下降管道；同时，阻尼器两端分别与单元体一和单元体二中作用筒三5上的铰接座5-1球铰接，实现单元体一与单元体二错位，从而实现大角度的转弯；子单元体一和子单元体二采用八边形结构，当管径变小时，子单元体一和子单元体二受到来自管壁的压力，活塞连接架4进入各个作用筒中，八边形结构的边长由长变短；当管径变大时，管壁的压力减小，活塞连接杆4在弹簧3的弹力作用下外移，直至滚轮2与管壁接触，八边形结构的边由短变长；各个作用筒和活塞连接架4之间通过弹簧3连接，可缓解硬性冲击；当管道有石块或异物时，滚轮2与异物接触，在异物的作用力下，接触异物的滚轮2所对应的子单元体一或子单元体二的活塞连接杆4进入各个作用筒中，八边形结构实现自我调整，以越过异物；越过异物后，活塞连接杆4在弹簧3的弹力作用下外移，直至滚轮2与管壁接触。