專利名稱：一種變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)需附加動(dòng)力源的一種變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，主要為在線石油、天然氣輸送管道清洗、除臘、檢測(cè)等作業(yè)提供平臺(tái)，屬機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
管道作為油氣長(zhǎng)距離輸送的重要載體，多年來，管內(nèi)雜質(zhì)的沉積、腐蝕重壓作用等影響了管道運(yùn)行的效率及安全。管道機(jī)器人是一種可沿管道行走的，攜帶一種或多種傳感器及操作機(jī)械的裝置。目前對(duì)于管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的研究已有一些成果如高度可調(diào)的自主變位履帶式管道機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)(發(fā)明專利CN21744227A)；履帶式管道機(jī)器人(實(shí)用新型CN247713217Y)；單電機(jī)單驅(qū)動(dòng)直進(jìn)輪式小型管道機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)(發(fā)明專利CN217717942A)；螺旋驅(qū)動(dòng)式管內(nèi)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)(實(shí)用新型9422179132.7)等等。對(duì)于現(xiàn)有已開發(fā)的管道機(jī)器人大多基于管道里沒有介質(zhì)的情況，現(xiàn)實(shí)中大量使用的管道充滿介質(zhì)，很多管道由于工藝上的要求，不能隨意停輸來進(jìn)行檢修。而且此類管道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力是由外部能源通過電纜或氣管提供，對(duì)于幾百千米的輸油輸氣管道而言，能源供給是一個(gè)相當(dāng)麻煩的事情。對(duì)于長(zhǎng)輸管道，由于管道焊接施工或工藝上的原因，存在一些變徑管道，彎曲管道，焊接支管道等，在此情況下，不能因?yàn)楣艿罊C(jī)器人出現(xiàn)故障而堵塞管道，基于這些原因，上述的管道機(jī)器人一直沒有被推廣運(yùn)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服以上缺陷，提出一種在線無(wú)需附加動(dòng)力設(shè)備的變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的技術(shù)方案整個(gè)管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)為多節(jié)組成，節(jié)數(shù)根據(jù)實(shí)際需要而定，各節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，其各節(jié)之間采用柔性的中心彈簧(28)連接。對(duì)于單節(jié)行走機(jī)構(gòu)，為多個(gè)均分在中心軸(27)周圍的四桿機(jī)構(gòu)，柔性面板和鎖緊機(jī)構(gòu)組成。四桿機(jī)構(gòu)前后搖桿上的滾動(dòng)輪在彈簧力的作用下始終貼緊管道內(nèi)壁，相互支撐，相互制約，構(gòu)成管道行走機(jī)構(gòu)支撐體。柔性面板(21)安裝在后搖桿(26)上，管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)柔性面板(21)，帶動(dòng)此行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。安裝在前搖桿(13)和柔性鏈條(17)上的滾動(dòng)小輪可以增強(qiáng)單節(jié)行走機(jī)構(gòu)通過管道的可靠性、穩(wěn)定性和靈活性。
現(xiàn)詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案一種變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)為多節(jié)或單節(jié)組成，各節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，其各節(jié)之間采用中心彈簧連接；其中單節(jié)行走機(jī)構(gòu)由多個(gè)均分在中心軸周圍的四桿機(jī)構(gòu)，柔性面板和鎖緊機(jī)構(gòu)組成；所述單個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，由前搖桿部件，后搖桿部件，柔性連桿，中心支撐組成；其中前搖桿部件由前搖桿，扭簧，滾動(dòng)輪，滾動(dòng)軸承，多組墊片、螺母、軸，滾動(dòng)小輪組成；后搖桿部件由后搖桿，扭簧，滾動(dòng)輪，滾動(dòng)軸承，多組墊片、螺母、軸組成；柔性連桿由柔性鏈條，軸，滾動(dòng)小輪組成；中心支撐包括軸，前支腿，螺母，墊片，限位銷，后支腿，中心軸組成；鎖緊機(jī)構(gòu)由柔性繩，緊定螺釘，連接塊組成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有高的管道通過性能及高的可靠度，可以隨意地通過一定曲率的彎頭，變徑管道，閥門，甚至是扁平的矩形管道等。此外，當(dāng)此行走機(jī)構(gòu)遇到障礙物堵塞時(shí)，能向管道中心收縮，越過障礙物，大大增強(qiáng)了其越障能力。此管道行走機(jī)構(gòu)不需附加提供動(dòng)力，可自動(dòng)適應(yīng)各種管徑，能順利平穩(wěn)通過變徑管道，支管連接處、閥門、彎頭等，在輸油輸氣管道上有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(兩節(jié)為例)圖2本發(fā)明四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)3圖2的A-A視圖1、滾動(dòng)輪 2、滾動(dòng)軸承 3、墊片 4、螺母 5、軸 6、滾動(dòng)小輪 7、扭簧 8、軸 9、前支腿 10、螺母11、墊片 12、限位銷 13、前搖桿 14、螺母 15、軸 16、墊片 17、柔性鏈條 18、軸 19、軸20、滾動(dòng)小輪 21、柔性面板 22、柔性繩 23、緊定螺釘 24、連接塊 25、后支腿 26、后搖桿27、中心軸 28、中心彈簧圖4 本發(fā)明工作狀況圖A 通過三通 B 通過大小變徑 C 通過彎頭
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式本發(fā)明為多節(jié)或單節(jié)組成，各節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，其各節(jié)之間采用中心彈簧(28)連接；其中單節(jié)行走機(jī)構(gòu)由多個(gè)均分在中心軸(27)周圍的四桿機(jī)構(gòu)，柔性面板(21)和鎖緊機(jī)構(gòu)組成；所述單個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，由前搖桿部件，后搖桿部件，柔性連桿，中心支撐組成；其中前搖桿部件由前搖桿(13)，扭簧(7)，滾動(dòng)輪(1)，滾動(dòng)軸承(2)，墊片(3)，螺母(4)，軸(18)，軸(5)，滾動(dòng)小輪(6)，螺母(14)，軸(15)，墊片(16)組成；后搖桿部件由后搖桿(26)，扭簧(7)，滾動(dòng)輪(1)，滾動(dòng)軸承(2)，墊片(3)，螺母(4)，軸(18)，螺母(14)，軸(15)，墊片(16)組成；柔性連桿由柔性鏈條(17)，軸(19)，滾動(dòng)小輪(20)組成；中心支撐包括軸(8)，前支腿(9)，螺母(10)，墊片(11)，限位銷(12)，后支腿(25)，中心軸(27)組成；鎖緊機(jī)構(gòu)由柔性繩(22)，緊定螺釘(23)，連接塊(24)組成。
所述四桿機(jī)構(gòu)的前搖桿(13)的上端安裝有帶有螺紋的軸(18)，軸(18)上安裝有滾動(dòng)輪(1)，滾動(dòng)輪(1)與軸(18)之間采用滾動(dòng)軸承(2)連接，螺母(4)和墊片(3)擰緊在軸(18)上對(duì)滾動(dòng)軸承(2)進(jìn)行軸向固定；后搖桿(26)的上端安裝有軸(18)，軸(18)上安裝有滾動(dòng)輪(1)，滾動(dòng)輪(1)與軸(18)之間采用滾動(dòng)軸承(2)連接，螺母(4)和墊片(3)擰緊在軸(18)上對(duì)滾動(dòng)軸承(2)進(jìn)行軸向固定。滾動(dòng)輪(1)安裝在軸(18)上采用滾動(dòng)軸承(2)過渡，在正常運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)摩擦系數(shù)小，移動(dòng)阻力減少；在管道變徑情況下，支撐機(jī)構(gòu)與管壁間靠滾動(dòng)輪(1)接觸，摩擦力變化較小。
前搖桿(13)的中部安裝有多個(gè)軸(5)，軸(5)上安裝有滾動(dòng)小輪(6)；柔性連桿中柔性鏈條(17)上安裝有軸(19)，軸(19)上安裝有滾動(dòng)小輪(20)。這些滾動(dòng)小輪(6)和滾動(dòng)小輪(20)的功用是在行走機(jī)構(gòu)前面遇到障礙時(shí)，如果前搖桿(13)或柔性鏈條(17)與其障礙物接觸，通過滾動(dòng)小輪過渡，可使此行走機(jī)構(gòu)很快越過障礙，提高此行走機(jī)構(gòu)的越障能力。
柔性鏈條(17)的兩端套在軸(15)上，軸(15)安裝在前搖桿(13)和后搖桿(26)上，螺母(14)和墊片(16)擰在軸(15)上把柔性連桿安裝在前搖桿部件和后搖桿部件之間。柔性鏈條(17)本身應(yīng)具有較好的柔性。采用柔性鏈條把前后搖桿相連，可以增強(qiáng)行走機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性及靈活性。
中心軸(27)的兩端均勻分布多個(gè)前支腿(9)和后支腿(25)，在前支腿(9)和后支腿(25)上安裝有帶有螺紋的軸(8)，前搖桿(13)和后搖桿(26)的下端分別套在軸(8)上，螺母(10)和墊片(11)擰在軸(8)上對(duì)前搖桿(13)和后搖桿(26)軸向固定。前支腿(9)和前搖桿(13)之間安裝有扭簧(7)，扭簧的一端固定在前支腿(9)上，另外一端固定在前搖桿(13)上；后支腿(25)和后搖桿(26)之間安裝有扭簧(7)，扭簧的一端固定在后支腿(25)上，另外一端固定在后搖桿(26)上。在其扭簧(7)的作用下，前搖桿(13)可繞其安裝在前支腿(9)上的軸(8)轉(zhuǎn)動(dòng)；后搖桿(26)可繞其安裝在后支腿(25)上的軸(8)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣在扭簧(7)作用下，多個(gè)前搖桿(13)和后搖桿(26)可沿徑向張開，使?jié)L動(dòng)輪(1)緊緊壓緊支撐在管道內(nèi)壁上，構(gòu)成管道行走機(jī)構(gòu)支撐體。后支腿(25)上安裝有限位銷(12)，限位銷(12)對(duì)后搖桿(26)的擺動(dòng)起到限位作用，防止在越過障礙時(shí)，搖桿位置改變，使扭簧(7)的彈力不能把滾動(dòng)輪(1)壓緊在管道內(nèi)壁上。
柔性面板(21)安裝在沿中心軸(27)周向均勻分布的后搖桿(26)上，柔性面板(21)采用小螺釘分別擰緊在各個(gè)后搖桿(26)上，使柔性面板(21)和后搖桿(26)牢固連接，且柔性面板(21)可隨后搖桿(26)的擺動(dòng)自動(dòng)伸縮，實(shí)現(xiàn)變徑。柔性面板的功用是阻擋管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生推力，帶動(dòng)行走機(jī)構(gòu)在管道內(nèi)平穩(wěn)移動(dòng)。
鎖緊機(jī)構(gòu)中柔性繩(22)把周向分布的后搖桿(26)穿起來，柔性繩(22)的一端安裝有連接塊(24)，連接塊(24)上有緊定螺釘(23)，柔性繩的另外一端可插入連接塊的洞內(nèi)，通過擰緊和松開緊定螺釘(23)對(duì)周向均布的四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行收縮與放松。這樣在行走機(jī)構(gòu)進(jìn)入管道前，收緊柔性繩(22)，使行走機(jī)構(gòu)徑向尺寸收縮，便于進(jìn)入管道，當(dāng)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)入管道后，松開緊定螺釘(23)，整個(gè)管道行走機(jī)構(gòu)張緊在管道內(nèi)部。
上述的結(jié)構(gòu)組成了此管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)的一節(jié)，而整個(gè)行走機(jī)構(gòu)可采用多節(jié)組成，中間用中心彈簧(28)柔性連接，中心彈簧(28)能支撐單節(jié)行走機(jī)構(gòu)，這樣即保證足夠的剛度以提高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，又可在遇到彎曲管道時(shí)有比較好的柔性。
本發(fā)明可通過一定曲率的彎曲管道，變徑管道，三通等。
正常工作情況下，此管道行走機(jī)構(gòu)進(jìn)入管道中，松開緊定螺釘(23)，周向的多個(gè)四桿機(jī)構(gòu)在扭簧(7)的作用下支撐在管道內(nèi)壁上。滾動(dòng)輪(1)始終貼緊在管道內(nèi)壁，柔性面板(21)阻礙管道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)，產(chǎn)生推力，四桿支撐機(jī)構(gòu)受力，整個(gè)行走機(jī)構(gòu)開始在管道內(nèi)移動(dòng)。此行走機(jī)構(gòu)采用多節(jié)組成，中間利用中心彈簧柔性連接，使它在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、可靠。
當(dāng)此行走機(jī)構(gòu)通過三通或支線管網(wǎng)接口時(shí)，前搖桿上的滾動(dòng)輪越過管道連接處的邊緣，后搖桿的滾動(dòng)輪支撐此節(jié)行走機(jī)構(gòu)，由于前搖桿(13)、后搖桿(26)、支撐(9)和(25)、柔性鏈條(17)組成四桿機(jī)構(gòu)，在四桿機(jī)構(gòu)的兩搖桿相互協(xié)調(diào)，制約的作用下，行走機(jī)構(gòu)保持穩(wěn)定可靠工作狀況。如果支線管道較大，單節(jié)行走機(jī)構(gòu)前后兩搖桿上的滾動(dòng)輪與管道內(nèi)壁失去接觸，這時(shí)由于后節(jié)行走機(jī)構(gòu)的定位支撐作用，且中心彈簧(28)具有一定的剛性，前面一節(jié)中心與管道軸心即使有偏移，也不會(huì)影響其通過性能。此外在前搖桿上安裝有多個(gè)滾動(dòng)小輪，如果前搖桿遇到障礙物時(shí)，可通過滾動(dòng)小輪滾動(dòng)，越過障礙物。
當(dāng)此行走機(jī)構(gòu)通過變徑管道，閥門，凸凹階梯時(shí)，滾動(dòng)輪(1)在臺(tái)階處被卡住，行走機(jī)構(gòu)不能移動(dòng)，此時(shí)管內(nèi)流體作用在柔性面板上的推力增大，行走機(jī)構(gòu)受到外力，克服扭簧(7)彈力，前后搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)行走機(jī)構(gòu)支撐體向中心收縮，滾動(dòng)輪越過臺(tái)階，進(jìn)入前面管道。之后，在扭簧(7)作用下，滾動(dòng)輪(1)迅速緊壓在管道內(nèi)壁上，建立新的平衡狀態(tài)。滾動(dòng)輪(1)與軸(18)采用滾動(dòng)軸承(2)過渡，使此行走機(jī)構(gòu)與管道內(nèi)壁之間的摩擦力在管道直徑變化前后相差不大，達(dá)到穩(wěn)定過渡的效果。
當(dāng)此行走機(jī)構(gòu)通過彎曲管段，由于行走機(jī)構(gòu)的四桿支撐機(jī)構(gòu)中，前后搖桿可以轉(zhuǎn)到，連桿具有柔性，使此單節(jié)行走機(jī)構(gòu)具有很好的柔性。節(jié)與節(jié)之間采用柔性連接，提高了整體行走機(jī)構(gòu)自由順暢通過一定曲率的彎曲管段的能力。
在此管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的上安裝柔性毛刷，既可以進(jìn)行在線管道清洗。
在此管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)上的頭部、中間或尾部安裝上高清晰攝像頭，既可以對(duì)管道進(jìn)行在線攝像。
在此管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)可以直接應(yīng)用于油品順序輸送工藝下的油品隔離作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征是為多節(jié)或單節(jié)組成，各節(jié)的結(jié)構(gòu)相同，其各節(jié)之間采用中心彈簧(28)連接；其中單節(jié)行走機(jī)構(gòu)由均分在中心軸(27)周圍的多個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，柔性面板(21)和鎖緊機(jī)構(gòu)組成；所述單個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，由前搖桿部件，后搖桿部件，柔性連桿，中心支撐組成；其中前搖桿部件由前搖桿(13)，扭簧(7)，滾動(dòng)輪(1)，滾動(dòng)軸承(2)，墊片(3)，螺母(4)，軸(18)，螺母(14)，軸(15)，墊片(16)組成，前搖桿(13)的上端安裝有帶有螺紋的軸(18)，軸(18)上安裝有滾動(dòng)輪(1)，滾動(dòng)輪(1)與軸(18)之間采用滾動(dòng)軸承(2)連接，螺母(4)和墊片(3)擰緊在軸(18)上對(duì)滾動(dòng)軸承(2)進(jìn)行軸向固定；且后搖桿部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與前搖桿部件相同；柔性連桿中的柔性鏈條(17)的兩端套在軸(15)上，軸(15)安裝在前搖桿(13)和后搖桿(26)上；中心支撐包括軸(8)，前支腿(9)，螺母(10)，墊片(11)，限位銷(12)，后支腿(25)，中心軸(27)組成，中心軸(27)的兩端均勻分布多個(gè)前支腿(9)和后支腿(25)，在前支腿(9)和后支腿(25)上安裝有帶有螺紋的軸(8)，前搖桿(13)和后搖桿(26)的下端分別套在軸(8)上，螺母(10)和墊片(11)擰在軸(8)上對(duì)前搖桿(13)和后搖桿(26)軸向固定，前支腿(9)和前搖桿(13)之間安裝有扭簧(7)，扭簧(7)的一端固定在前支腿(9)上，另外一端固定在前搖桿(13)上；后支腿(25)和后搖桿(26)之間安裝有扭簧(7)，扭簧的一端固定在后支腿(25)上，另外一端固定在后搖桿(26)上；柔性面板(21)緊貼安裝在周向均布的后搖桿(26)上；鎖緊機(jī)構(gòu)由柔性繩(22)，緊定螺釘(23)，連接塊(24)組成，柔性繩(22)把周向分布的后搖桿(26)穿起來，柔性繩(22)的一端安裝有連接塊(24)，連接塊(24)上有緊定螺釘(23)，柔性繩的另外一端可插入連接塊(24)的洞內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征是設(shè)置限位銷(12)安裝在后支腿(25)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征是前搖桿(13)的中部安裝有多個(gè)軸(5)，軸(5)上安裝有滾動(dòng)小輪(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變徑的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，其特征是柔性鏈條(17)上安裝有軸(19)，軸(19)上安裝有滾動(dòng)小輪(20)。
全文摘要
一種可變徑，無(wú)需附加動(dòng)力源的管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，屬機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。它由為多節(jié)或單節(jié)組成，各節(jié)之間采用柔性連接。對(duì)于單節(jié)行走機(jī)構(gòu)由多個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組組成的支撐體，柔性面板和鎖緊機(jī)構(gòu)組成。安裝在四桿機(jī)構(gòu)前后搖桿上的滾動(dòng)輪在彈簧力的作用下始終貼緊管道內(nèi)壁。后搖桿上安裝傘形柔性面板，阻礙流體運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生推力，推動(dòng)此行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。安裝在前搖桿和柔性鏈條上的滾動(dòng)小輪可以增強(qiáng)單節(jié)行走機(jī)構(gòu)通過管道的可靠性、穩(wěn)定性和靈活性。此管道行走機(jī)構(gòu)不需附加提供動(dòng)力，可自動(dòng)適應(yīng)各種管徑，能順利平穩(wěn)通過變徑管道，支管連接處、閥門、彎頭等，在輸油輸氣管道上有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B25J5/00GK1966336SQ20061009797
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者王樹立, 劉強(qiáng), 朱瑩, 張?jiān)? 王海秀 申請(qǐng)人:江蘇工業(yè)學(xué)院