CN101307855B - 柔性蠕动的管道机器人 - Google Patents

Abstract

一种柔性蠕动的管道机器人，其左、右半球壳内固设法兰盘，法兰盘设相互连通通道且连接导流管；右半球壳端部有与发电机连接的叶轮，其与空腔相通，空腔连导流管，一直流无刷电机和带螺纹导轨柔性轴设于右半球壳法兰盘上，直流无刷电机连接可旋转挡板；左半球壳法兰盘设容置通道，柔性轴贯穿该通道，柔性轴上螺设有双面螺纹螺母，该螺母外接齿轮，该齿轮固设在左半球壳法兰盘上并连接直流无刷电机；两法兰盘上均套设有电磁铁。本发明在管道内部移动速度快耗能低，移动同时还可依靠自身结构充电。柔性轴设计可以使本发明在弯管、变径管、竖直管等管道内顺利通过。本发明制造成本低廉效果显著，在管道检测、管道维护等方面有广阔应用前景。

Description

柔性蠕动的管道机器人

技术领域

本发明涉及一种管道机器人，具体地说是一种柔性蠕动的管道机器人。

背景技术

机器人是一种自动化的机器，具备一些与人或生物相似的能力，如感知、规划、运动及动作能力的协作等，机器人技术被视为20世纪人类最伟大的发明之一。自20世纪60年代工业机器人问世以来，随着社会的进步和科学技术的迅猛发展，特别是在信息技术、控制理论等学科迅速发展的支持下，机器人的种类日益繁多，性能不断地改进，工作领域也在不断地扩大。从深海到宇宙空间，在各种人类所不能承受的极限环境中都能找到机器人的应用。可以说，现代机器人技术已经突破了传统的工业机器人的范畴，逐步转向应用于各种特殊工况的特种机器人技术。

管道机器人作为特种机器人的一种，它的研究为管道的检测、维护提供了新的技术手段，改变了传统管道开挖抽检的单一模式。提高了管道检侧的准确性，便于管道工程管理维护人员分析了解管道缺陷产生的原因，开展对缺陷的评估，制订管道维护方案，消除管道安全隐患，在事故发生前就有计划地维修或更换管段，从而节约大量的维修费用，降低管道维护成本，保障人民生活及财产安全，减少有毒气体或液体泄漏造成的环境污染。因此，开展管道机器人的研究具有重要的科学意义和明显的社会经济效益。目前，管道机器人的研究得到了世界各国的高度重视，大量的管道维护需求为管道机器人的研究开发和应用提供了广阔的市场空间，将逐渐成为一项十分巨大的产业工程。

目前，现有管道机器人移动装置多样，如螺旋前进等，其存在行进速度慢，难以顺利通过弯管、变径管、竖直管等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的问题而提出了一种可以通过两种方式运动，且运动速度快，在运动的同时可以蓄能，并且对于弯管、变径管、竖直管等均可顺利通过的柔性蠕动的管道机器人。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种柔性蠕动的管道机器人，其包括左半球壳和右半球壳；所述左半球壳和右半球壳内均固设有法兰盘，两法兰盘设有相互连通的通道且分别连接有导流管；所述右半球壳端部设有叶轮，叶轮与一空腔相通，所述空腔连通导流管，所述叶轮与发电机连接，一直流无刷电机和一带螺纹导轨的柔性轴固设于右半球壳法兰盘上，所述直流无刷电机还连接一可旋转挡板；所述左半球壳法兰盘上设有一通道可容置所述柔性轴，所述柔性轴上螺设有一螺母，该螺母同时与一齿轮啮合，该齿轮固设在左半球壳法兰盘上并连接一直流无刷电机；所述左半球壳和右半球壳的法兰盘上均套设有电磁铁。

上述的一种柔性蠕动的管道机器人，其中，所述电磁铁由吸盘式电磁铁、塑料固定圈组成，多个吸盘式电磁铁呈环状安装在塑料固定圈上。

上述的一种柔性蠕动的管道机器人，其中，所述叶轮与外界相通。

上述的一种柔性蠕动的管道机器人，其中，所述柔性轴末端设有环形挡片，该挡片的直径大于左半球壳容置通道直径。

上述的一种柔性蠕动的管道机器人，其中，所述左半球壳和右半球壳外部均套有环形垫片。

上述的一种柔性蠕动的管道机器人，其中，所述左半球壳和右半球壳法兰盘上的通道和与之相连的导流管为四个。

上述的一种柔性蠕动的管道机器人，其中，所述可旋转挡板上设有与导流管数量一致大小一样的通孔。

本发明所述柔性蠕动管道机器人的工作环境主要是铁制管道。它可以采用两种工作模式，在直管道中可以液体压力作用下前进，在此种运动模式下机器人前进速度快，并且没有能源消耗。机器人还可以通过自身的蠕动行走机构蠕动前进，这种工作模式主要在机器人通过角度比较大的弯道时起作用。

通过液体压力作用前进的原理为：通过液体压力作用前进时本发明机器人处于伸展状态，左、右半球壳的电磁铁都不通磁，右半球壳内挡板旋转挡住导流管，使导流管关闭，机器人通过球壳外部的环形垫片与管道紧密配合接触，左、右半球壳形成活塞结构将管道封闭，液体无法通过管道，液压全部施加在机器人上，实现机器人的无动力前进。由于柔性轴的可弯曲柔性作用，本发明机器人可顺利通过弯道。

蠕动前进的原理为：本发明机器人的左半球壳和右半球壳设置的磁铁为电磁铁，运动开始的时候左半球壳电磁铁通磁吸附在管道壁上，右半球壳不通磁，左半球壳直流无刷电机转动带动与之连接的齿轮转动，该齿轮又带动与之啮合的螺母转动，螺母套设在带螺轨的柔性轴上，此时柔性轴前进推动右半球壳前进，当前进到一定位置时，右半球壳电磁铁通磁吸附在管壁上，左半球壳电磁铁消磁，此时直落无刷电机带动齿轮反转带动螺母在柔性轴上运动，左半球壳前进与右半球壳汇合。如此循环往复，本发明机器人在管道中蠕动前进。由于柔性轴的可弯曲柔性作用，当通过弯管、变径管时本发明机器人自适应性强，均可顺利通过。

本发明机器人内部装有叶轮发电装置，当管道内有液体流动时可以为机器人充电，液体冲刷叶轮进入空腔进而通过导流管。本发明右半球壳直流无刷电机可带动挡板转动，挡板上设有与导流管数量大小相匹配的通孔，通过控制挡板的旋转位置可进一步控制液体的流量，以增加动力源。

本发明的优点与效益：本发明所述的一种柔性蠕动管道机器人在管道内部移动速度快，且耗能低，移动的同时还可以依靠自身的充电结构进行充电。本发明柔性轴设计可以使其在弯管、变径管、竖直管等管道内顺利通过。本发明制造成本低廉效果显著，在管道检测、管道维护等方面有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明收缩状态剖面结构示意图；

图2为本发明左视图；

图3为本发明电磁铁结构示意图；

图4为本发明挡板示意图；

图5为本发明直管运动状态示意图(一)；

图6为本发明直管运动状态示意图(二)；

图7为本发明直管运动状态示意图(三)；

图8为本发明弯管运动状态示意图(一)；

图9为本发明弯管运动状态示意图(二)；

图10为本发明弯管运动状态示意图(三)。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示一种柔性蠕动的管道机器人，其包括左半球壳1和右半球壳2；所述左半球壳1和右半球壳2内均固设有法兰盘11、21，两法兰盘

11、21设有相互连通的通道111、211且分别连接有导流管12、22，具体如图2所示；所述右半球壳2端部设有叶轮23，叶轮23与一空腔24相通，所述空腔24连通导流管22，所述叶轮23与发电机25连接，一直流无刷电机26和一带螺纹导轨的柔性轴27固设于右半球壳法兰盘21上，所述直流无刷电机26还连接一可旋转挡板28；所述左半球壳法兰盘11上设有一容置通道13，所述柔性轴27贯穿该容置通道13，柔性轴27上螺设有一螺母14。所述柔性轴27末端设有环形挡片271，该挡片271的直径大于左半球壳容置通道13直径。该螺母14螺设在柔性轴27上且与一齿轮15啮合，该齿轮15固设在左半球壳法兰盘11上并连接一直流无刷电机16；所述左半球壳1和右半球壳2的法兰盘11、21上均套设有电磁铁3。

如图3所示，上述电磁铁3由吸盘式电磁铁31、塑料固定圈32组成，多个吸盘式电磁铁31呈环状安装在塑料固定圈32上。

上述叶轮23与外界相通。上述左半球壳1和右半球壳2外部均套有环形垫片4。

上述左半球壳和右半球壳法兰盘11、21上的通道和与之相连的导流管为四个。如图4所示，所述挡板28上设有与导流管数量一致大小一样的通孔281。

如图5至10本发明机器人蠕动前进的原理为：本发明机器人的左半球壳1和右半球壳2设置的磁铁为电磁铁，运动开始的时候左半球壳1的电磁铁3通磁吸附在管道壁5上，右半球壳2电磁铁3不通磁，左半球壳1直流无刷电机16转动带动与之连接的齿轮15转动，该齿轮15又带动与之啮合的螺母14转动，螺母14套设在带螺轨的柔性轴27上，此时柔性轴27前进推动右半球壳2前进，当前进到一定位置时，右半球壳电磁铁3通磁吸附在管道壁5上，左半球壳电磁铁消磁，此时直流无刷电机16带动齿轮15反转带动螺母14在柔性轴27上运动，左半球壳1前进与右半球壳2汇合。如此循环往复，本发明机器人在管道中蠕动前进。由于柔性轴的可弯曲柔性作用，当通过弯管、变径管时本发明机器人自适应性强，均可顺利通过。

通过液体压力作用前进的原理为：通过液体压力作用前进时本发明机器人处于伸展状态，左、右半球壳1、2的电磁铁3都不通磁，右半球壳2内挡板28旋转挡住导流管22管口，使导流管22关闭，机器人通过球壳外部的环形垫片4与管道紧密配合接触，左、右半球壳1、2形成活塞结构将管道封闭，液体无法通过管道，液压全部施加在机器人上，实现机器人的无动力前进。由于柔性轴27的可弯曲柔性作用，本发明机器人可顺利通过弯道。

本发明机器人内部装有叶轮和发电机装置，当管道内有液体流动时可以为机器人充电，液体冲刷叶轮23进入空腔24进而通过导流管。本发明右半球壳直流无刷电机26可带动挡板28转动，挡板28上设有与导流管数量大小相匹配的通孔，通过控制挡板28的旋转位置可进一步控制液体的流量，以增加动力源。

Claims (7)

1.一种柔性蠕动的管道机器人，其特征在于，其包括左半球壳和右半球壳；所述左半球壳和右半球壳内均固设有法兰盘，两法兰盘设有相互连通的通道且分别连接有导流管；所述右半球壳端部设有叶轮，叶轮与一空腔相通，所述空腔连通导流管，所述叶轮与发电机连接，一直流无刷电机和一带螺纹导轨的柔性轴固设于右半球壳法兰盘上，所述直流无刷电机还连接一可旋转挡板；所述左半球壳法兰盘上设有一容置通道，所述柔性轴可贯穿于该容置通道，所述柔性轴上螺设有一螺母，该螺母同时与一齿轮啮合，该齿轮固设在左半球壳法兰盘上并连接另一直流无刷电机；所述左半球壳和右半球壳的法兰盘上均套设有电磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种柔性蠕动的管道机器人，其特征在于，所述电磁铁由吸盘式电磁铁、塑料固定圈组成，若干个吸盘式电磁铁呈环状安装在塑料固定圈上。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔性蠕动的管道机器人，其特征在于，所述叶轮与外界相通。

4.根据权利要求3所述的一种柔性蠕动的管道机器人，其特征在于，所述左半球壳和右半球壳外部均套有环形垫片。

5.根据权利要求4所述的一种柔性蠕动的管道机器人，其特征在于，所述柔性轴末端设有环形挡片，该挡片的直径大于左半球壳容置通道直径。

6.根据权利要求5所述的一种柔性蠕动的管道机器人，其特征在于，所述左半球壳和右半球壳法兰盘上的通道和与之相连的导流管为四个。

7.根据权利要求1或6所述的一种柔性蠕动的管道机器人，其特征在于，所述可旋转挡板上设有与导流管数量一致大小一样的通孔。

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