循环变距螺旋管道机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及管道机器人，尤其涉及一种可以方便实现控速、转弯的循环变距螺旋管道机器人。
【背景技术】
[0002]在现代生产与生活中，石油天然气、输水、供热等各类管网众多。管道在长期运用过程中，由于化学腐蚀，机械破坏，地壳运动，管道附件磨损等原因，容易出现诸如腐蚀，变形，裂纹等形式的损坏。管道中有很大一部分属于埋地管线，管道泄漏隐患难发现，极易引起火灾、爆炸等险情，对人民的生命财产安全造成严重威胁，也严重影响经济效益。然而，当发现泄漏险情，进行停机检修也会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。
[0003]管道机器人是一种管道运载工具，用于实现管道状态监测、故障维修以及作业工具输送等管道作业的机、电、仪一体化系统。管道机器人运行过程中，可携带多种传感器、操作机械等，以实现管道监测、维护等工作任务。
[0004]目前，管道机器人按照其驱动形式主要可以分为管道猪、轮式、履带式、支撑式、行走式、蠕动式、螺旋式和蛇形式。其中轮式、履带式、蠕动式、螺旋式运用较为广泛。
[0005]轮式管道机器人，一般由多组电机直接或间接驱动轮子，结构简单，行进速度快。例如中国专利申请公布号为CN 101915339 A的“管道机器人”采用轮式结构，其有两组与管壁垂直驱动轮，增加了轮外缘与管道壁面的接触面积，使机器人运行较为平稳。但是该管道机器人在管道中越障较为困难，不适用于大倾角的管道，牵引力也较小。
[0006]履带式管道机器人采用履带提供驱动力，相比于轮式管道机器人，履带式管道机器人能在工况较为恶劣的管道中行进，越障能力较强，能提供较大的牵引力。例如中国专利申请公布号为CN 103697286 A的“一种履带式管道机器人”，其可实现机器人对管道的自适应，但是其总体尺寸较大，难以实现转弯等功能。
[0007]蠕动式管道机器人在管道中蠕动前进，前后单元交替锁止，提供驱动力较大，对于管道缺陷等适应性良好。例如中国专利CN 103672290 A的“全驱蠕动式管道机器人”，其单元节中采用的具有内外螺纹的螺管和传动丝杆与锁紧架配合，实现前后单元交替锁止，并使机器人产生伸缩前进或后退运动。该管道机器人体积较小，驱动力较强，但是该机器人无法自主检测是否锁止，结构复杂难以适用于复杂的管道情况。
[0008]螺旋式驱动方式在微小管道机器人中运用较多，驱动轮与管道轴线呈一定的螺旋角，驱动轮旋转带动整个机体向前或向后运动。螺旋驱动能提供很大的驱动力，例如中国专利申请公布号CN 102691856 A的“单一电机、轮式和变速螺旋式混合驱动的管道机器人”采用螺旋方式驱动且可通过控制螺旋角的大小控制机器人的运行速度，但是其驱动轮由旋转体带动，难以实现机器人的准确定位和弯道控制。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是提供提供一种具有较强过弯能力，运动灵活、牵引力大、能地适应复杂管道作业的循环变距螺旋管道机器人。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:循环变距螺旋管道机器人，包括导杆、直线伸缩电机、导向轮、运动协调盘、鱼眼球头、伸缩短节、驱动轮、驱动轮支撑架和带减速组的电机；所述运动协调盘内安装有旋转轴承，旋转轴承中心套有鱼眼轴承，鱼眼轴承滑套于导杆上；所述导向轮与直线伸缩电机连接；所述鱼眼球头装在直线伸缩电机上，并与运动协调盘的控制杆套接；所述驱动轮与安装在伸缩短节上的带减速组的电机连接；所述伸缩短节通过驱动轮支撑架连接导杆；所述伸缩短节上安装有球头，且该球头与旋转轴承上的球头之间设置有连杆；所述导杆还通过同步连杆与旋转轴承上的球头连接。
[0011]作为本发明的进一步技术方案:所述由驱动轮、驱动轮支撑架和带减速组的电机构成的动力机构A在导杆上至少均布设置有两组；所述直线伸缩电机和导向轮构成的动力机构B在导杆上至少设置有两组，两者相距120°。
[0012]作为本发明的进一步技术方案:所述伸缩短节为弹簧式、气压式或液压式；导向轮与直线伸缩电机之间也可增设上述伸缩短节。
[0013]本发明的有益效果:本发明循环变距螺旋管道机器人的运动调节盘可以调节驱动轮的螺旋角，特别是能够调节每个驱动轮在一定范围具有任意螺旋角，并能在运动过程中循环调节，使管道机器人能实现过弯的功能。每个驱动轮均由一个独立电机控制，可以方便调节每个驱动轮的速度和转向，同时驱动轮产生的驱动力不受螺旋角的限制，机器人轴向牵引力大；该管道机器人很好地解决了螺旋式管道机器人控速、转弯的问题，并通过对每个驱动轮螺旋角的协调控制，实现螺旋管道机器人高效率的行进。该新型循环变距螺旋管道机器人运动灵活、牵引力大，能更好地适应复杂管道内作业。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的结构示意图；
[0015]图2是本发明的俯视结构示意图；
[0016]图3是本发明实施例中空间螺旋线的螺旋图。
[0017]图中所示:1-导杆；2_直线伸缩电机；3_导向轮；4_运动协调盘；5-鱼眼球头；6-伸缩短节；7_驱动轮；8_驱动轮支撑架；9_带减速组的电机；10_旋转轴承；11_鱼眼轴承；12_同步连杆；13-球头。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]如图1、2所示，本发明的循环变距螺旋管道机器人，包括导杆1、直线伸缩电机2、导向轮3、运动协调盘4、鱼眼球头5、伸缩短节6、驱动轮7、驱动轮支撑架8和带减速组的电机9 ;所述运动协调盘4内安装有旋转轴承10，旋转轴承10中心套有鱼眼轴承11，鱼眼轴承11滑套于导杆I上；所述导向轮3与直线伸缩电机2连接；所述鱼眼球头5装在直线伸缩电机2上，并与运动协调盘4的控制杆套接；所述驱动轮7与安装在伸缩短节6上的带减速组的电机9连接；所述伸缩短节6通过驱动轮支撑架8连接导杆I ;所述伸缩短节6上安装有球头13，且该球头13与旋转轴承10上的球头之间设置有连杆；所述导杆I还通过同步连杆12与旋转轴承10上的球头连接。所述球头(13)随动力机构A同步旋转，运动协调盘(4)与动力机构B在周向上同步运动。
[0020]优选的实施方式，所述由驱动轮7、驱动轮支撑架8和带减速组的电机9构成的动力机构A在导杆I上至少均布设置有两组；所述直线伸缩电机2和导向轮3构成的动力机构B在导杆I上至少设置有两组，两者相距120°。
[0021]优选的实施方式，所述伸缩短节6为弹簧式、气压式或液压式；导向轮(3)与直线伸缩电机2之间也可增设上述伸缩短节6。
[0022]本实施例的工作过程如下:在直线运动时，直线伸缩电机2均伸出同样的长度，推动运动协调盘4沿导杆I运动。运动协调盘4通过连杆控制动力结构A产生相同的螺旋角Θ。带减速组的电机9驱动驱动轮7旋转，驱动轮7自身有绕驱动轮轴线的自转运动，同时也有绕管道轴线的公转运动。驱动轮7的运动在管道中形成围绕管道轴线的空间螺旋线形，带动整个机体向前运动，动力机构B及其支架组成的保持架则起到定心的作用。本发明也可以通过直线伸缩电机2调节运动协调盘4来控制驱动轮7的螺旋角或者直接调节带减速组的电机9的转速来调节循环变距螺旋管道机器人的运动速度。
[0023]在需要过弯时，直线伸缩电机2伸出不同的长度，推动运动协调盘产生倾斜，控制靠近于弯道内侧的驱动轮7产生较小的螺旋角，靠近弯道外侧的驱动轮7产生较大的螺旋角。由于动力机构B及其支架组成的保持架的作用，运动协调盘4仅随机器人沿管道轴线水平运动。带减速组的电机9驱动驱动轮7旋转，外侧驱动轮7在绕管道轴线公转的过程中，由于运动协调盘4的作用螺旋角不断减小；同理，内侧的驱动轮7在向外侧运动过程中螺旋角则不断增大。驱动轮7的运动轨迹是绕管道轴线的外侧宽，内侧窄的空间螺旋线如图3所示。因此循环变距螺旋管道机器人能实现过弯的运动。
【主权项】
1.循环变距螺旋管道机器人，其特征在于:包括导杆(1)、直线伸缩电机(2)、导向轮(3)、运动协调盘(4)、鱼眼球头(5)、伸缩短节(6)、驱动轮(7)、驱动轮支撑架(8)和带减速组的电机(9);所述运动协调盘(4)内安装有旋转轴承(10)，旋转轴承(10)中心套有鱼眼轴承(11)，鱼眼轴承(11)滑套于导杆⑴上；所述导向轮⑶与直线伸缩电机⑵连接；所述鱼眼球头(5)装在直线伸缩电机(2)上，并与运动协调盘⑷的控制杆套接；所述驱动轮(7)与安装在伸缩短节(6)上的带减速组的电机(9)连接；所述伸缩短节(6)通过驱动轮支撑架(8)连接导杆(I);所述伸缩短节(6)上安装有球头(13)，且该球头(13)与旋转轴承(10)上的球头之间设置有连杆；所述导杆(I)还通过同步连杆(12)与旋转轴承(10)上的球头连接。2.根据权利要求1所述的循环变距螺旋管道机器人，其特征在于:所述由驱动轮(7)、驱动轮支撑架(8)和带减速组的电机(9)构成的动力机构A在导杆(I)上至少均布设置有两组；所述直线伸缩电机(2)和导向轮(3)构成的动力机构B在导杆(I)上至少设置有两组，两者相距120°。3.根据权利要求1或2所述的循环变距螺旋管道机器人，其特征在于:所述伸缩短节(6)为弹簧式、气压式或液压式；导向轮(3)与直线伸缩电机(2)之间也可增设上述伸缩短节(6)。
【专利摘要】本发明公开一种循环变距螺旋管道机器人，包括导杆、直线伸缩电机、导向轮、运动协调盘、鱼眼球头、伸缩短节、驱动轮、驱动轮支撑架和带减速组的电机；所述运动协调盘内安装有旋转轴承,旋转轴承中心套有鱼眼轴承,鱼眼轴承滑套于导杆上；所述导向轮与直线伸缩电机连接；所述鱼眼球头装在直线伸缩电机上,并与运动协调盘的控制杆套接；所述驱动轮与安装在伸缩短节上的带减速组的电机连接；所述伸缩短节通过驱动轮支撑架连接导杆；所述伸缩短节上安装有球头，且该球头与旋转轴承上的球头之间设置有连杆；所述导杆还通过同步连杆与旋转轴承上的球头连接。该循环变距螺旋管道机器人运动灵活、牵引力大，能更好地适应复杂管道内作业。
【IPC分类】F16L55/28, F16L55/32, F16L101/30
【公开号】CN104896257
【申请号】CN201510188108
【发明人】刘清友, 任涛, 涂庆
【申请人】西南石油大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月20日