双曲柄滑块式管道逆流行走机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及管道机器技术领域，尤其是能够实现无外加动力实现逆流直线前进的管道机器行走的装置。
【背景技术】
[0002]随着国家社会对天然气开采利用地深入，天燃气管道作为一种便捷可靠的运输载体，被运用得越来越广泛。然而在运用过程中，管道由于受到不利外界条件(如长期的外力挤压、地质活动及外物腐蚀等)的影响，导致管道缺陷老化等，使得泄漏事故时常发生，给国家和社会带来巨大损失。减少管道泄漏等问题，需要可靠的检测设备对管道进行检查。因管道多埋于地底，管外检测设备未能准确确定管道泄漏点，且现在实行的间断性检查方式，并不能及时有效地检测到管道泄漏信息。因此，设计一种可长期在管道内进行循环检测的设备显得尤为重要。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是克服上述【背景技术】的不足，提供一种用于管道检测的无外加动力实现逆流直线前进的管道机器行走装置，该装置应具有无能源消耗、运行稳定可靠以及使用寿命长的特点。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
[0005]双曲柄滑块式管道逆流行走机器人，其特征在于该机器人包括:由双曲柄滑块机构依序连接的三个机体、驱动三个机体依次前进的动力机构以及安装在机器人周边的定向控制结构；
[0006]所述三个机体为前后依序排列的前机体、中机体以及后机体；所述双曲柄滑块机构中:每个曲柄滑块机构包括可转动地定位在中机体上的曲轴以及一端与曲轴铰接的两个连杆，两个连杆的另一端还分别与前机体和后机体铰接；
[0007]所述动力机构包括安装在前机体上的风轮、安装在中机体上且带动所述双曲柄滑块机构的蜗轮蜗杆机构以及将风轮动力传递至蜗轮蜗杆机构的导杆机构；
[0008]所述定向控制结构为安装在前机体周向和后机体周向且施压于管道内壁的若干个钢刷，每个钢刷中的刷毛为多根平行排列且尾端连为一体的直钢丝，直钢丝的顶端指向管道内壁的同时还往机器人前进的反方向偏斜一定角度，以使装有钢刷的前机体和后机体保持单向前进的运动状态。
[0009]所述导杆机构包括一端与传递风轮动力的减速齿轮组固定且呈半圆柱形的半分导杆以及一端也为半圆柱形且与半分导杆相配啮合的蜗杆轴以及穿套在导杆与蜗杆轴的啮合部位以使导杆与蜗杆轴可相互轴向滑动地进行转动啮合的套筒。
[0010]所述风轮与导杆机构之间还配置有减速齿轮组。
[0011]所述中机体的四周表面还安装有变径自适应结构；该结构包括固定在机体圆周表面的基座、可转动地铰接在基座上其一端铰接有滚轮的摆臂以及定位在基座上且施力于摆臂使其具有往机体外径方向运动势能的扭簧；所述摆臂的中心线指向管道内壁的同时还往机器人前进的反方向偏斜一定角度。
[0012]本发明的工作原理是:随着曲轴逆时针转动(曲柄转角在0°?180°范围时)，前机体I固定不动(前机体的钢刷顶压着管道内壁)、中机体2和后机体3向前爬行移动；至曲轴转角在180°?360°范围时，前机体I和中机体2沿着管道内壁往前爬行移动，而后机体3则固定不动(后机体的钢刷顶压着管道内壁)；至曲轴转角为360°时，曲轴、连杆回到初始状态，该机构完成一个周期内的爬行运动；重复上述步骤，则该机构能够持续爬行。
[0013]本发明的有益效果是:本发明直接利用流体介质能量进行驱动，顺利实现了无外加动力逆流运动，从而为管道循环检测设备理念奠定技术基础。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的立体结构示意图。
[0015]图2是本发明中前机体的立体结构示意图。
[0016]图3是本发明中前机体的主视结构示意图。
[0017]图4是本发明的中机体的立体结构示意图。
[0018]图5是本发明的中机体的主视结构示意图。
[0019]图6是本发明中双曲柄滑块机构的俯视结构示意图。
[0020]图7是本发明中导杆机构的立体结构示意图。
[0021]图8是本发明中变径自适应机构的立体结构示意图。
[0022]图9是本发明中变径自适应机构的俯视结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0024]附图所示的双曲柄滑块式管道逆流行走机器人中，双曲柄滑块机构依序连接三个机体；动力机构用于驱动三个机体依序运动，所述机器人的周边还安装有定向控制结构；
[0025]所述三个机体为前后依序排列的前机体1、中机体2以及后机体3 ;所述双曲柄滑块机构对称布置在三个机体，每个曲柄滑块机构均包括可转动地定位在中机体上的曲轴5-5以及一端与曲轴铰接的两个连杆5-1，两个连杆的另一端还分别与前机体和后机体铰接。因而该双曲柄滑块机构包括了两根曲轴和四根连杆；曲轴铰接在中机体主轴5-2上，每根曲轴分别铰接两根连杆的一端，前后机体则分别通过中轴与连杆的另一端铰接(图6中显示:前机体中轴5-4分别与两根连杆5-1的另一端铰接，后机体中轴5-3也分别与两根连杆5-1的另一端铰接)。
[0026]所述动力机构包括安装在前机体上的风轮1-1、安装在中机体上且带动所述双曲柄滑块机构的蜗轮蜗杆机构(蜗杆3-5、蜗轮3-6)以及将风轮动力传递至蜗轮蜗杆机构的导杆机构；
[0027]所述风轮安装在圆柱形前机体的中央；以利用管道中的气流带动风轮旋转，产生前进所需动力。图中可见:风轮动力通过减速齿轮组(小齿轮3-1和大齿轮3-2)再传递至导杆机构。
[0028]所述导杆机构中(图7所示):半分导杆3-3的一端与减速齿轮组中的大齿轮3-2固定，另一端制成半圆柱形并且往中机体方向伸展；定位在中机体上的蜗杆轴的左端3-4也制成半圆柱形并且往半分导杆方向伸展后与半分导杆啮合；另有一套筒穿套在两个部件啮合段(包覆着啮合段)，确保半分导杆能对蜗杆轴传递扭矩又能与蜗杆轴产生轴向滑动，以满足机器人运动的需要。
[0029]所述定向控制结构为安装在前机体和后机体周向且施压于管道内壁的若干个钢刷2-3 ;每个钢刷固定在L型基座2-2上(图中显示:钢刷2-3固定在L型基座的长边一侧且与短边平行)，而L型基座又安装在机体(前机体和后机体)圆周表面的加高基座2-1上，L型基座2-2的虚拟斜边与加高基座2-1重合(图中，每个机体的圆周方向上隔90度安装一个钢刷)。所述钢刷的刷毛为多根平行排列且尾端连为一体的直钢丝，直钢丝的顶端指向管道内壁的同时还往机器人前进的反方向偏斜一定角度；这样的结构使前机体和后机体置入管道内腔后，机体四周的钢刷同时斜向顶压着管道内壁，使得机体保持着只能单向前进的运动状态。
[0030]所述变径自适应结构(图8、图9所示)中:若干个基座4-2固定在中机体圆周方向，每个基座中用销轴4-1定位一摆臂4-5，扭簧4-3也穿套在销轴4-1上并且施力于摆臂使其具有往机体外径方向摆动的势能；摆臂4-5的外端铰接一用于抵靠管道内壁的滚轮4-6 ;此外，基座上开有三个定位孔，并可手动插入定位轴4-4，用于调节摆臂4-5张开的角度。这种结构有利于钢刷装置的单向限制作用，并且定心性好，有利于管道机器的平稳运行。
[0031]管道机器处在充满天然气的管道内部，当前机体有与气流同方向的运动趋势时，由于前机体装有钢刷组件无法后退，此时中机体和后机体处于自由状态；风轮旋转后通过减速齿轮组传递的动力使得半分导杆连同蜗杆轴转动，从而带动中机体上的蜗杆轴旋转，双曲柄滑块机构随即运动，推动中机体和后机体逆着气流方向运动；当中机体和后机体运动到双曲柄滑块机构的临界位置时，后机体产生与气流运动方向相同的运动趋势，因而处于固定状态，而此时中机体和前机体处于自由状态，受到连杆的推力逆流行走。这样，曲轴转动一周的过程为此管道机器的一个运动周期，通过这种周期运动，管道机器实现了无外加动力逆流运动。
【主权项】
1.双曲柄滑块式管道逆流行走机器人，其特征在于该机器人包括由双曲柄滑块机构依序连接的三个机体、驱动三个机体依次前进的动力机构以及安装在机器人周边的定向控制结构； 所述三个机体为前后依序排列的前机体(I)、中机体(2)以及后机体(3);所述双曲柄滑块机构中:每个曲柄滑块机构包括可转动地定位在中机体上的曲轴(5-5)以及一端与曲轴铰接的两个连杆(5-1)，两个连杆的另一端还分别与前机体和后机体铰接； 所述动力机构包括安装在前机体上的风轮(1-1)、安装在中机体上且带动所述双曲柄滑块机构的蜗轮蜗杆机构以及将风轮动力传递至蜗轮蜗杆机构的导杆机构； 所述定向控制结构为安装在前机体周向和后机体周向且施压于管道内壁的若干个钢刷(2-3)，每个钢刷中的刷毛为多根平行排列且尾端连为一体的直钢丝，直钢丝的顶端指向管道内壁的同时还往机器人前进的反方向偏斜一定角度，以使装有钢刷的前机体和后机体保持单向前进的运动状态。2.根据权利要求1所述的双曲柄滑块式管道逆流行走机器人，其特征在于:所述导杆机构包括一端与传递风轮动力的减速齿轮组固定且呈半圆柱形的半分导杆(3-3)以及一端也为半圆柱形且与半分导杆相配啮合的蜗杆轴(3-5)以及穿套在导杆与蜗杆轴的啮合部位以使导杆与蜗杆轴可相互轴向滑动地进行转动啮合的套筒。3.根据权利要求2所述的双曲柄滑块式管道逆流行走机器人，其特征在于:所述中机体的四周表面还安装有变径自适应结构；该变径自适应结构包括固定在机体圆周表面的基座(4-2)、可转动地铰接在基座上其一端铰接有滚轮的摆臂(4-5)以及定位在基座上且施力于摆臂使其具有往机体外径方向运动势能的扭簧(4-3);所述摆臂的中心线指向管道内壁的同时还往机器人前进的反方向偏斜一定角度。4.根据权利要求3所述的双曲柄滑块式管道逆流行走机器人，其特征在于:所述风轮与导杆机构之间还配置有减速齿轮组。
【专利摘要】本实用新型涉及双曲柄滑块式管道逆流行走机器人。目的是提供的装置应具有无能源消耗、运行稳定可靠以及使用寿命长的特点。技术方案是：双曲柄滑块式管道逆流行走机器人，其特征在于该机器人包括：由双曲柄滑块机构依序连接的三个机体、驱动三个机体依次前进的动力机构以及安装在机器人周边的定向控制结构。所述三个机体为前后依序排列的前机体、中机体以及后机体；所述动力机构包括风轮、蜗轮蜗杆机构以及导杆机构；所述定向控制结构为若干个钢刷。所述导杆机构包括半分导杆以及蜗杆轴以及套筒。
【IPC分类】F16L55/32, F16L101/30
【公开号】CN204628965
【申请号】CN201520275151
【发明人】黄中华, 谢奇志, 裘添烨, 邹继安, 武传宇, 沈嘉
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月29日