[發(fā)明專利]一種單作用氣動鎖止式柔性管內(nèi)機器人及其工作方法

有效

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• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107606383B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設計）人: 喬晉崴;劉娜
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: F16L55/26
• 分類號: F16L55/26;F16L55/28;F16L101/12
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 葉亞林

本發(fā)明涉及一種單作用氣動鎖止式柔性管內(nèi)機器人及其工作方法。本發(fā)明所述單作用氣動鎖止式柔性管內(nèi)機器人，通過采用氣管將動力源與后支撐機構(gòu)連接，采用彈簧與氣管的組合將前后支撐機構(gòu)連接，極大地增強了機器人的柔性，使剛性單元(前支撐機構(gòu)、后支撐機構(gòu))尺寸得到了很好的限制；更好的適應管道系統(tǒng)中彎道與分叉口的工作要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單作用氣動鎖止式柔性管內(nèi)機器人及其工作方法，屬于管內(nèi)機器人的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，各種粗細不均、蜿蜒迂回的管路大量存在于石油化工、制冷、核發(fā)電和居民日常生活等領(lǐng)域。管內(nèi)機器人研究技術(shù)的發(fā)展為管道內(nèi)部的檢測與維修提供了新的途徑。管道機器人研制的根本意義在于可以實現(xiàn)管道的穿纜、內(nèi)窺檢測及簡單的疏通清理工作；以及改善當前疏通管道時工人惡劣的工作環(huán)境、降低工人的勞動強度、保障工人的人身安全和提高排水管道清理的效率。管內(nèi)機器人也可應用于其他領(lǐng)域如:可以檢測管道的老化、破裂、腐蝕和機械損傷、焊縫品質(zhì)情況；可以在惡劣環(huán)境下進行管道的清掃、焊接、內(nèi)部拋光等維護工作；應用于核反應堆的管道的清掃和維護工作,減少對工作人員的核傷害；以及應用于海洋和陸上油氣輸送管道方面檢測和維護工作等。

雖然管內(nèi)機器人領(lǐng)域已有許多研究成果，關(guān)于管內(nèi)機器人進入管道內(nèi)部進行檢測與維修的成功案例也多見報道，但大部分仍僅適用于直管、或與管內(nèi)機器人自身長度相比而言拐彎半徑較大的管道環(huán)境。然而，實際的管道系統(tǒng)中并不僅僅存在著豎直與水平的直管，與之并存的還有許許多多的彎道與分岔口，這些彎道的存在將直管連接成為一個復雜的管道系統(tǒng)。現(xiàn)有技術(shù)中的管內(nèi)機器人在通過管道彎曲部分時存在剛性單元尺寸大、與管道貼合不充分無法實現(xiàn)有效驅(qū)動、動力單元多且控制復雜、拖拽線纜過彎道而導致負載急劇上升等技術(shù)問題；無法很好的適應管道系統(tǒng)中彎道的工作要求；例如，中國專利CN105715905A公開了一種螺旋行走方式管內(nèi)機器人，該機器人是采用螺旋行走方式解決管內(nèi)機器人容易偏移或側(cè)翻等問題；但是其整體結(jié)構(gòu)依然為剛性結(jié)構(gòu)，可能依然無法克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。

如何使管內(nèi)機器人更好地適應彎曲管道工作，成為突破該領(lǐng)域瓶頸的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種單作用氣動鎖止式柔性管內(nèi)機器人。

本發(fā)明還提供一種上述柔性管內(nèi)機器人的工作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種單作用氣動鎖止式柔性管內(nèi)機器人，包括能源模塊和通過伸縮機構(gòu)連接的后支撐機構(gòu)、前支撐機構(gòu)；

所述能源模塊包括電機、氣囊和氣泵；

所述后支撐機構(gòu)包括第一圓錐臺和設置在第一圓錐臺圓周上的第一活塞；所述第一活塞的活塞桿連接有第一楔塊；

所述伸縮機構(gòu)包括伸縮彈簧及包覆在伸縮彈簧外側(cè)的第二氣管；

所述前支撐機構(gòu)包括第二圓錐臺和設置在第二圓錐臺圓周上的第二活塞；所述第二活塞的活塞桿連接有第二楔塊；

所述氣泵依次通過第一氣管、第一活塞的氣缸、第二氣管與第二活塞的氣缸連通；第一活塞的氣缸與第二氣管之間設置有第一節(jié)氣門；第二活塞的氣缸與第二氣管之間設置有第二節(jié)氣門。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述能源模塊還包括電池或無線能量傳輸模塊。電池和無線能量傳輸模塊為能源模塊提供能量。

進一步優(yōu)選的，所述電機、氣泵和無線能量傳輸模塊包裹在所述氣囊內(nèi)。以防在移動過程中與管壁發(fā)生剛性碰撞。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述后支撐機構(gòu)包括三個第一活塞；三個第一活塞等間隔地設置在第一圓錐臺的圓周上；所述前支撐機構(gòu)包括三個第二活塞；三個第二活塞等間隔地設置在第二圓錐臺的圓周上。