一种管道泄漏封堵机器人的制作方法

本申请属于管道机器人与管道泄漏智能封堵技术领域，具体涉及一种管道泄漏封堵机器人。

背景技术：

随着国家能源供给的结构性变化，石油、天然气的占比越来越高，管道运输业成为能源运输中的主要方式。近年来，随着管道服役年限的增长，管道泄漏事故时有发生，带来重大的人员财产损失。现有的管道泄漏封堵机器人多为管道外部行走机器人，这在埋地管道和复杂管网中都不可用。管道机器人驱动方式多采用轮式、履带式、步进式等，结构复杂且故障率高，不便于在复杂管道中行走。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本申请所要解决的技术问题为提供一种对埋地管道和复杂管网泄漏进行内部封堵的自适应封堵的一种管道泄漏封堵机器人。

本申请采用的技术方案如下：一种管道泄漏封堵机器人，包括：螺旋式驱动机器人1、自旋转顶压封堵器2和万向连接器3三部分组成，螺旋式驱动机器人1和自旋转顶压封堵器2之间由万向连接器3连接，三者共同组成管道泄漏封堵机器人系统；所述螺旋式驱动机器人1的结构为：前驱动系统11安装在外转子电机12的输出轴上，后支撑系统13安装在电机外壳122上。所述前驱动系统11的结构由驱动轮系统111和支撑与变径系统112上，驱动轮系统111通过螺栓固定在支撑与变径系统112上。所述驱动轮系统111的结构为：调角舵机1111通过螺栓固定在舵机连接板1112上，舵机连接板1112通过螺栓连接在舵机架1113上，舵机架1113通过螺栓连接在支撑与变径系统112的铰链1127上，调角舵机1111的输出轴直接连接在驱动轮轮架1116上，控制轮架1116角度，驱动轮1114通过轮轴1115固定在轮架1116上并随着轮架1116的转动。

外转子电机12启动后将带动前驱动系统11旋转，通过控制驱动轮1114角度实现螺旋式驱动机器人1轴向移动。连接在自旋转顶压封堵器2后面的后支撑系统13结构与前驱动系统11中的后支撑系统13类似，只起到支撑作用。

所述支撑与变径系统112的结构为：三角固定支架1129采用中空轴式设计，三角固定支架1129通过连接法兰盘1130安装在外转子电机12输出轴上，拉杆1122嵌套在三角固定支架1129中空轴中，拉杆1122一端与外转子电机12通过弹簧1131连接，使拉杆1122可相对于外转子电机12轴向移动，另一端通过螺栓固定在连接板1121上。连接板1121采用正六边形结构，通过合页a1123连接在短连杆1124上，短连杆1124通过合页b1125连接在支撑铝架a1126上，支撑铝架a1126与支撑铝架b1128平行布置，支撑铝架a1126和支撑铝架b1128的一端均通过螺栓连接在三角固定支架1129上，两者另一端均通过螺栓连接在铰链1127上。

所述外转子电机12的结构为：电机12由电机主体121和电机外壳122组成，电机主体121使用螺栓固定在连接法兰盘1130上，从而与支撑与变径系统112连接。电机外壳122使用螺栓固定在电机尾部，与后支撑系统13连接。

后支撑系统13的结构为：从动轮系统131通过舵机架1113使用螺栓固定在支撑与变径系统112上。其中所述从动轮系统131的结构为：从动轮1311通过轮轴1115固定在轮架1116上转动，轮架1116通过螺栓固定在舵机架1113上，舵机架1113通过螺栓连接在支撑与变径系统112的铰链1127上。

自旋转顶压封堵器2的连接关系为：自旋转顶压封堵器2前端与螺旋式驱动机器人1上的后支撑系统13通过万向连接器3连接在一起，后端固定在一个单独的后支撑系统13上。自旋转顶压封堵器2的结构为：四个连杆23相互铰接形成平行四边形结构的封堵器框架30，封堵器框架30前端与螺旋式驱动机器人1上的后支撑系统13通过万向连接器3连接，后部固定在另一个后支撑系统13上。封堵器框架30中通过电机底板21固定两台步进电机，所述电机底板21分别设置在封堵器框架30的左右两端，其中前端电机22为定轴电机，输出轴向外固定在封堵器框架30上，后端电机28为通轴电机，其可沿中心丝杠29前后移动，封堵器顶板27使用螺栓固定在封堵器框架30上下顶端连接处，封堵橡胶26使用高强度粘结剂粘在橡胶支撑板24上，橡胶支撑板24使用螺栓25固定在封堵器顶板27上。

本申请与现有技术相比具有以下优点：

(1)驱动系统采用螺旋式驱动机器人1，具有运行稳定，自适应能力强，的优点，动力输出采用外转子电机12，结构简单，故障率低，整个系统只有一个电机提供动力，控制系统简单。

(2)驱动系统中的驱动轮1114直接与调角舵机1111连接，将扭矩作用在驱动轮1114上，控制精度高，系统响应快。

(3)支撑与变径系统112采用拉杆1122嵌套三角固定支架1129的设计，三角固定支架1129中添加弹簧1131，推动拉杆1122前后移动，拉杆1122上固定连接板1121带动短连杆1124升降，进而拉动一组支撑铝架径向移动，达到对不同管径的自适应。三组支撑铝杆各成120°夹角布置，提高了支撑系统的稳定性。

(4)螺旋式驱动机器人1与自旋转顶压封堵器2之间通过万向连接器3连接，使系统整体刚性长度减短，缩小了转弯半径。

(5)自旋转顶压封堵器2采用四个连杆23铰接形成封堵器框架30连接，使封堵系统径向形变能力增加，为高压封堵提供结构可行性。封堵器框架30中部安装两台步进电机，其中前端电机22为定轴电机，电机轴固定在封堵器框架30上，当电机转动时，封堵器框架30带动整个封堵系统沿周向转动，使封堵橡胶26能够准确对正泄漏位置。后端电机28为通轴电机，电机轴为中心丝杠29，当电机转动时，中心丝杠29位置不变，后端电机28沿轴向前后移动，带动封堵器框架30形变，使位于封堵器框架30连接顶点的封堵橡胶26径向升降，对泄漏点进行封堵。后端电机28功率经过封堵器框架30完全传递到封堵橡胶26上，通过控制电机转动可精确控制封堵力矩。

(6)本申请中，螺旋式驱动机器人1的前驱动系统11、后支撑系统13和自旋转顶压封堵器2中的后支撑系统13结构一致，便于整个系统对心，防止系统失稳。整个系统自适应结构一致，增加了零部件的通用性。

附图说明

图1为本申请的整体结构示意图；

图2为本申请中螺旋式驱动机器人结构示意图；

图3为本申请中螺旋式驱动机器人中的前驱动系统结构示意图；

图4为本申请中前驱动系统中的驱动轮系统的结构示意图；

图5为本申请中前驱动系统中的支撑与变径系统的结构示意图；

图6为本申请中支撑与变径系统结构中三角固定支架部分结构位置图；

图7为本申请中外转子电机结构示意图；

图8为本申请中后支撑系统结构示意图；

图9为本申请中后支撑系统中从动轮系统的结构示意图；

图10为本申请中自旋转顶压封堵系统的结构示意图；

图11为本申请实施方式示意图；

图中：1为螺旋式驱动机器人，11为前驱动系统，111为驱动轮系统，1111为调角舵机，1112为舵机连接板，1113为舵机架，1114为驱动轮，1115为轮轴，1116为轮架，112为支撑与变径系统，1121为连接板，1122为拉杆，1123为合页a,1124为短连杆，1125为合页b,1126为支撑铝架a，1127为铰链，1128为支撑铝架b，1129为三角固定支架，1130为连接法兰盘，1131为弹簧，12为外转子电机，121为电机主体，122为电机外壳，13为后支撑系统，131为从动轮系统，1311为从动轮，2为自旋转顶压封堵器，21为电机底板，22为前端电机，23为连杆，24为橡胶支撑板，25为螺栓，26为封堵橡胶，27为封堵器顶板，28为后端电机，29为中心丝杠，30为封堵器框架，3为万向连接器。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的优选实施例进行说明，即此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。

如图1-2所示，图1是本申请管道泄漏封堵机器人的整体结构示意图，图2是本申请中螺旋式驱动机器人结构示意图，管道泄漏封堵机器人包括：螺旋式驱动机器人1、自旋转顶压封堵器2和万向连接器3三部分组成，螺旋式驱动机器人1和自旋转顶压封堵器2之间由万向连接器3连接，三者共同组成管道泄漏封堵机器人系统；所述螺旋式驱动机器人1的结构为：前驱动系统11安装在外转子电机12的输出轴上，后支撑系统13安装在电机外壳上，自旋转顶压封堵器2前端与螺旋式驱动机器人1上的后支撑系统13通过万向连接器3连接在一起，后端固定在一个单独的后支撑系统13上。

外转子电机12启动后将带动前驱动系统11旋转，通过控制驱动轮1114角度实现螺旋式驱动机器人11轴向移动。后支撑系统13结构与前驱动系统11类似，只起到支撑作用。前驱动系统11的结构为：驱动轮系统111通过螺栓固定在支撑与变径系统112上。驱动轮系统111的结构为：调角舵机1111通过螺栓固定在舵机连接板1112上，舵机连接板1112通过螺栓连接在舵机架1113上，舵机架1113通过螺栓连接在支撑与变径系统112的铰链1127上。调角舵机1111的输出轴直接连接在驱动轮轮架1116上，控制轮架1116角度。驱动轮1114通过轮轴1115固定在轮架1116上随着轮架1116的转动。

如图3-6所示，图3本申请中螺旋式驱动机器人中的前驱动系统结构示意图，前驱动系统11的结构由驱动轮系统111和支撑与变径系统112上，驱动轮系统111通过螺栓固定在支撑与变径系统112上。图4是本申请中前驱动系统中的驱动轮系统的结构示意图，所述驱动轮系统111的结构为：调角舵机1111通过螺栓固定在舵机连接板1112上，舵机连接板1112通过螺栓连接在舵机架1113上，舵机架1113通过螺栓连接在支撑与变径系统112的铰链1127上，调角舵机1111的输出轴直接连接在驱动轮轮架1116上，控制轮架1116角度，驱动轮1114通过轮轴1115固定在轮架1116上并随着轮架1116的转动。图5是本申请中前驱动系统中的支撑与变径系统的结构示意图，图6是本申请中支撑与变径系统结构中三角固定支架部分结构位置图，图中三角固定支架1129采用中空轴式设计，三角固定支架1129通过连接法兰盘1130安装在外转子电机12输出轴上，拉杆1122嵌套在三角固定支架1129中空轴中，拉杆1122一端与外转子电机12通过弹簧1131连接，使拉杆1122可相对于外转子电机12轴向移动，另一端通过螺栓固定在连接板1121上。连接板1121采用正六边形结构，通过合页a1123连接在短连杆1124上，短连杆1124通过合页b1125连接在支撑铝架a1126上，支撑铝架a1126与支撑铝架b1128平行布置，支撑铝架a1126和支撑铝架b1128的一端均通过螺栓连接在三角固定支架1129上，两者另一端均通过螺栓连接在铰链1127上。

图7为本申请中外转子电机结构示意图，外转子电机12的结构为：电机由电机主体121和电机外壳122组成，电机主体121使用螺栓固定在连接法兰盘1130上，从而与支撑与变径系统112连接。电机外壳122使用螺栓固定在电机尾部，与后支撑系统13连接。

图8为本申请中后支撑系统结构示意图，图9为本申请中后支撑系统中从动轮系统的结构示意图，后支撑系统13的结构为：从动轮系统131通过舵机架1113使用螺栓固定在支撑与变径系统112上。从动轮系统131的结构为：从动轮1311通过轮轴1115固定在轮架1116上转动。轮架1116通过螺栓固定在舵机架1113上，舵机架1113通过螺栓连接在支撑与变径系统112的铰链1127上。

图10为本申请中自旋转顶压封堵系统的结构示意图，自旋转顶压封堵器2的连接关系为：自旋转顶压封堵器2前端与螺旋式驱动机器人1上的后支撑系统13通过万向连接器3连接在一起，后端固定在一个单独的后支撑系统13上。自旋转顶压封堵器2的结构为：四个连杆23相互铰接形成平行四边形结构的封堵器框架30，封堵器框架30前端与螺旋式驱动机器人1上的后支撑系统13通过万向连接器3连接，后部固定在另一个后支撑系统13上。封堵器框架30中通过电机底板21固定两台步进电机，所述电机底板21分别设置在封堵器框架30的左右两端，其中前端电机22为定轴电机，输出轴向外固定在封堵器框架30上，后端电机28为通轴电机，其可沿中心丝杠29前后移动，封堵器顶板27使用螺栓固定在封堵器框架30上下顶端连接处，封堵橡胶26使用高强度粘结剂粘在橡胶支撑板24上，橡胶支撑板24使用螺栓25固定在封堵器顶板27上。图11是本申请实施方式示意图，如图所示，当运输管道发生泄漏险情后，需要本申请进行处理处置。在管道上开槽搭建机器人仓，将本申请放到机器人仓中，本申请将自动执行封堵作业。

本申请工作时，先将系统开机，管道泄漏封堵机器人系统将自动进行巡检封堵工作。首先：螺旋式驱动机器人1的前驱动系统11的调角舵机1111进行转动，带动驱动轮轮架1116转动到合适的角度，驱动轮1114将随着轮架1116到达合适的角度。接着外转子电机12旋转，带动前驱动系统11进入管道。此时支撑与变径系统112开始工作，驱动轮系统111根据管道内径大小将对支撑与变径系统112产生径向力，径向力通过铰链1127传递到支撑铝架a1126和支撑铝架b1128上，支撑铝架将沿轴向倾斜以适应管径变化。支撑铝架依靠短连杆1124固定在连接板1121上，当支撑铝架倾斜角度改变时将推动短连杆1124移动，短连杆1124使用合页a1123铰接在连接板1121上，推动连接板1121前后移动。连接板1121使用螺栓固定在拉杆1122上，进而推动拉杆1122轴向移动，拉杆1122与三角固定支架1129通过弹簧1131柔性连接，实现了螺旋式管道机器人1对管径的适应。后支撑系统13与前驱动系统11采用相同的自适应结构，随着外转子电机12的转动，螺旋式驱动机器人1带动自旋转顶压封堵器2完全进入管道中，管道泄漏封堵机器人系统边行进边检测，当检测到泄漏点时，外转子电机12停止转动，驱动轮1114在调角舵机1111的控制下进行旋转，使驱动轮1114轴线与管道轴线平行，整个系统处于自锁状态。此时，自旋转定压封堵器2开始工作。根据系统对泄漏点的检测情况，前端电机22正转或者反转，使封堵橡胶26正对泄漏点。接着后端电机28启动，沿中心丝杠29前后移动，后端电机28通过电机底板21固定在四个连杆23组成的封堵器框架30上，此时封堵器框架30随着后端电机28的移动而发生形变。推动封堵器顶板27上下移动。连接在封堵器顶板27上的橡胶支撑板24也跟着上下移动，将封堵橡胶26压紧至管道泄漏点，完成对泄漏点封堵。等工作人员完成对泄漏点的修复后后端电机28沿中心丝杠29反向移动，带动封堵橡胶26脱离管道内表面。驱动轮1114在调角舵机1111转动下与管道轴线成一定角度，解除自锁状态。外转子电机12转动，带动整个系统驶离管道，封堵作业完成。

以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。