一種液壓驅動定徑管道機器人的製作方法

2024-03-02 09:11:15

本發明屬於機器人技術領域，具體涉及一種液壓驅動定徑管道機器人。

背景技術：

在現代，無論是水力、火力發電站，還是煤氣、自來水、工業用水和供熱系統等公共設施，以及石油、化工等工業生產系統，都有縱橫交錯的管道。管道作為一種有效的物料運輸手段而得到廣泛的應用，這些管道系統在輸送各種液體和氣體物質時，由於受振動、熱循環、腐蝕、超負荷等作用，加上管道本身可能隱藏的內在缺陷(如裂紋、砂眼、接頭處連接不良等)，壽命總是有限的。為了提高管道壽命、防止洩露等事故的發生，必須對管道進行有效的檢測維護，由於管道系統或者埋在地下，或者架設在高空，或者管道內徑很小，內部結構錯綜複雜，環境惡劣，用人攜帶儀器檢查十分困難，有時甚至根本無法做到，在人工檢測方式存在諸多缺點的情況下，開發一種能夠深入管道的可移動管道檢測裝置是十分必要的，因此管道監測機器人作為一種有效的管道檢測設備得到了越來越多的應用。

這種檢測技術提高了管道檢側的準確性，便於管道工程管理維護人員分析了解管道缺陷產生的原因，開展對缺陷的評估，制訂管道維護方案，消除管道安全隱患，在事故發生前就有計劃地維修或更換管段，從而節約大量的維修費用，降低管道維護成本，保障人民生活及財產安全。

目前已有的管道檢測機器人有多種行進方式，比如輪式、履帶式、蠕動式、螺旋式等，現使用較多的主要為以下幾種結構：履帶車結構，底部採用履帶帶動所述管道機器人在所述管道內行走；支撐杆結構，採用端部帶有輪子的摺疊杆結構將所述管道機器人支撐在所述管道中間，然後再實現行走運動；輪式結構，採用傳統車輪或特殊結構的車輪與管道內壁面接觸，使所述管道機器人在所述管道內行駛。但現有的這幾種管道機器人由於自身結構的限制存在很多問題，比如說對管道的適用性差、在管道內轉變方向困難、越障能力差等。

與傳統的輪式和履帶式管道機器人相比，蠕動式管道機器人具有密封性好、橫截面積小、越障能力強等特點，但仍存在機器人行走效率低、不連續、更換支撐部位時機身不穩定等問題。

此外，除行進方式外，驅動方式也是評價管道機器人性能的一個方面，目前應用在管道機器人上的驅動方式也有多種，目前較常用的驅動方式為電機驅動與液壓驅動，液壓驅動方式中主要的驅動元件為液壓缸，液壓缸是將液壓能轉變為機械能的、做直線往復運動(或擺動運動)的液壓執行元件。它結構簡單、工作可靠。用它來實現往復運動時，可免去減速裝置，並且沒有傳動間隙，運動平穩，因此在各種機械的液壓系統中得到廣泛應用。液壓缸輸出力和活塞有效面積及其兩邊的壓差成正比；液壓缸基本上由缸筒和缸蓋、活塞和活塞杆、密封裝置、緩衝裝置與排氣裝置組成；緩衝裝置與排氣裝置視具體應用場合而定，其他裝置則必不可少。

液壓缸的結構形式多種多樣，其分類方法也有多種：按運動方式可分為直線往復運動式和迴轉擺動式；按受液壓力作用情況可分為單作用式、雙作用式；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、多級伸縮套筒式，齒輪齒條式等；按安裝形式可分為拉杆、耳環、底腳、鉸軸等；按作用方向可分為二級液壓缸與一級液壓缸。一級液壓缸就是在一個方向上活動，相同缸徑的話單級的力量大，耗油多但是如果需要其他方向活動的話需要藉助外力，二級液壓缸可在兩個方向活動，相同缸徑來說二級液壓缸的力量較小，但耗油相對來說少。而電機驅動體積大，對安裝空間要求高且普遍存在動力源不足等問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種越障能力強、空間利用率高、行走效率高、行進動力充足、行進方向可變的液壓驅動定徑管道機器人。

本發明的目的是這樣實現的：

一種液壓驅動定徑管道機器人，包括支撐前倉、連接倉和支撐後倉；支撐前倉包括前倉交叉支撐機構、前倉前端蓋1、二級液壓缸11、前倉後端蓋12、第一滑動盤13和前倉倉體14，其中前倉交叉支撐機構包括第一支撐板2、第一固定連杆座3、第一滑動連杆4、第一固定連杆5、第一防滑墊6、第一滑動連杆座7和第一滑軌8；支撐後倉包括後倉交叉支撐機構、後倉前端蓋10、液壓缸15、後倉倉體16、第二滑動盤17和後倉後端蓋18，其中後倉交叉支撐機構包括第二支撐板19、第二固定連杆座20、第二滑動連杆21、第二固定連杆22、第二防滑墊23、第二滑動連杆座24和第二滑軌25；連接倉包括連接倉倉體9；

支撐前倉中，前倉前端蓋1和前倉後端蓋12分別通過內六角螺釘固定於前倉倉體14的前後兩端，二級液壓缸11通過法蘭與前倉前端蓋1和前倉後端蓋12分別連接；

支撐後倉中，後倉前端蓋10和後倉後端蓋18分別通過內六角螺釘固定於後倉倉體16的前後兩端，液壓缸15通過法蘭與後倉其他部件分別連接；

連接倉中，連接倉倉體9一端通過螺栓螺母與後倉倉體16固定，另一端套在前倉倉體14的外側。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的二級液壓缸11包括第一級液壓缸、第一級法蘭、第二級液壓缸、第二級法蘭和尾部法蘭，第一級法蘭通過螺栓螺母固定在前倉後端蓋12上，第二級法蘭通過螺栓螺母與第一滑動盤13安裝在一起，尾部法蘭通過螺栓螺母固定在後倉前端蓋10上。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的液壓缸15包括液壓缸體、第一級法蘭、第二級法蘭和尾部法蘭，第一級法蘭通過螺栓螺母與後倉倉體中間端蓋固定，第二級法蘭通過螺栓螺母與第二滑動盤17安裝在一起，尾部法蘭通過螺栓螺母與後倉前端蓋10固定。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的前倉交叉支撐機構中第一滑軌8的前後兩端分別安裝在前倉前端蓋1和前倉後端蓋12上，第一滑軌8上通過嵌裝方式安裝有第一滑動盤13；第一固定連杆座3的一端通過螺栓螺母安裝在前倉前端蓋1上，另一端通過鉸接的方式與第一固定連杆5的一端安裝在一起，第一固定連杆5的另一端通過鉸接的方式安裝在第一支撐板2上；第一滑動連杆座7一端通過螺栓螺母安裝在第一滑動盤13上，另一端通過鉸接的方式與第一滑動連杆4的一端安裝在一起，第一滑動連杆4的另一端安裝在第一支撐板2上；第一滑動連杆4與第一固定連杆5在等長位置通過鉸接的方式安裝在一起。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的第一支撐板2呈天平狀，兩端有凸起託板，託板呈中空的倒梯形，中空處形狀與防滑墊6相契合，防滑墊6安裝在第一支撐板2兩端的凸起託板上；第一支撐板2的橫向支撐結構上有一段滑道，第一滑動連杆4靠近第一支撐板2的一端安裝在第一支撐板2的滑道內。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的支撐前倉與支撐後倉以後倉前端蓋10為對稱軸呈對稱結構，前倉交叉支撐機構與後倉交叉支撐機構的組成部件類型與連接方式完全相同，但兩者在對應端蓋上的安裝完成後呈一定角度。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的前倉交叉支撐結構有三組，三組前倉交叉支撐結構呈周向間隔120°均勻分布，後倉交叉支撐結構數量和安裝方式與前倉交叉支撐結構相同，但前後倉交叉支撐結構對應安裝位置的角度間隔60°。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的前倉前端蓋1、後倉前端蓋10、前倉後端蓋12、後倉後端蓋18均為六邊形結構。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的前倉倉體14與後倉倉體16均為貫通的六面體，前後倉體表面上對應安裝交叉支撐結構的位置開有矩形開口，開口長度與交叉支撐結構的長度相同。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的連接倉倉體9為圓柱形結構，內部開有呈六面體狀的貫穿通孔。

本發明的有益效果在於：本發明採用蠕動式的前進方式，不僅繼承了蠕動式機器人密封性好、橫截面積小、越障能力強等特點，同時還克服了蠕動式機器人行走效率低、不連續、更換支撐部位時機身不穩定等問題；再者，從驅動方式來說，本發明採用液壓驅動方式，與電機驅動相比，以液壓缸為動力源動力更充足，能夠攜帶更多的負載；當管道傾斜角度過大或處於垂直狀態時，電機驅動力很可能無法平衡電機自身重力而導致側翻、撞擊損壞等問題，而液壓驅動可以使機器人在各種角度的管道內移動；此外，本發明中所提出的交叉支撐機構沒有死點，不會被卡死，當支撐機構在管道內遇障礙阻擋時，可通過收縮活塞杆的方式排除障礙；最後，本發明利用二級液壓缸來實現移動和支撐兩個運動，縮短了結構的整體長度，節省空間。

附圖說明

圖1為本發明主視方向結構示意圖；

圖2為本發明側視方向結構示意圖；

圖3為本發明主視方向b部分的a-a截面剖面示意圖；

圖4為本發明主視方向c部分的a-a截面剖面示意圖；

圖5為本發明主視方向b部分內部結構示意圖；

圖6為支撐前倉倉體結構示意圖；

圖7為本發明主視方向c部分內部結構示意圖；

圖8為支撐後倉倉體結構示意圖；

圖9為連接倉倉體結構示意圖；

圖10為滑動連杆座結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步描述。

實施例1

結合圖1、圖3及圖4，本發明所提出的一種液壓驅動定徑管道機器人包括支撐前倉、連接倉和支撐後倉；支撐前倉包括前倉交叉支撐機構、前倉前端蓋1、二級液壓缸11、前倉後端蓋12、第一滑動盤13和前倉倉體14，其中前倉交叉支撐機構包括第一支撐板2、第一固定連杆座3、第一滑動連杆4、第一固定連杆5、第一防滑墊6、第一滑動連杆座7和第一滑軌8；支撐後倉包括後倉交叉支撐機構、後倉前端蓋10、液壓缸15、後倉倉體16、第二滑動盤17和後倉後端蓋18，其中後倉交叉支撐機構包括第二支撐板19、第二固定連杆座20、第二滑動連杆21、第二固定連杆22、第二防滑墊23、第二滑動連杆座24和第二滑軌25；連接倉包括連接倉倉體9，連接倉倉體9的一端通過螺栓螺母與後倉倉體16固定，另一端套在前倉倉體14的外側。

結合圖3、圖5與圖6，支撐前倉中，前倉前端蓋1和前倉後端蓋12分別通過內六角螺釘固定於前倉倉體14的前後兩端；二級液壓缸11包括第一級液壓缸、第一級法蘭、第二級液壓缸、第二級法蘭和尾部法蘭，第一級法蘭通過螺栓螺母固定在前倉後端蓋12上，第二級法蘭通過螺栓螺母與第一滑動盤13安裝在一起，尾部法蘭通過螺栓螺母固定在後倉前端蓋10上；二級液壓缸11的第一級液壓缸帶動支撐前倉在連接倉內側往復移動，以實現管道機器人的前進和後退，第二級液壓缸帶動第一滑動盤13在第一滑軌8上往復移動，從而控制前倉交叉支撐結構的撐起與回收。

前倉交叉支撐機構中第一滑軌8的前後兩端分別安裝在前倉前端蓋1和前倉後端蓋12上，第一滑軌8上通過嵌裝方式安裝有第一滑動盤13，第一滑動盤13可在第一滑軌8上來回滑動；第一固定連杆座3的一端通過螺栓螺母安裝在前倉前端蓋1上，另一端通過鉸接的方式與第一固定連杆5的一端安裝在一起，第一固定連杆5的另一端通過鉸接的方式安裝在第一支撐板2上；第一滑動連杆座7一端通過螺栓螺母安裝在第一滑動盤13上，另一端通過鉸接的方式與第一滑動連杆4的一端安裝在一起，第一滑動連杆4的另一端安裝在第一支撐板2上；第一滑動連杆4與第一固定連杆5在等長位置通過鉸接的方式安裝在一起。

結合圖4、圖7及圖8，支撐後倉中，後倉前端蓋10和後倉後端蓋18分別通過內六角螺釘固定於後倉倉體16的前後兩端，液壓缸15包括液壓缸體、第一級法蘭、第二級法蘭和尾部法蘭，第一級法蘭通過螺栓螺母與後倉倉體中間端蓋固定，第二級法蘭通過螺栓螺母與第二滑動盤17安裝在一起，尾部法蘭通過螺栓螺母與後倉前端蓋10固定；液壓缸15的液壓缸體內的活塞杆帶動第二滑動盤17在滑軌8上往復移動，從而控制前倉交叉支撐結構的撐起與回收。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，所述的支撐前倉與支撐後倉以後倉前端蓋10為對稱軸呈對稱結構，後倉交叉支撐機構與前倉交叉支撐機構的組成部件類型與連接方式完全相同，但兩者在對應端蓋上的安裝完成後呈一定角度。

結合圖2、圖5及圖7，本發明中前倉交叉支撐結構有三組，三組前倉交叉支撐結構呈周向間隔120°均勻分布，後倉交叉支撐結構數量和安裝方式與前倉交叉支撐結構相同，但前後倉交叉支撐結構對應安裝位置的角度間隔60°。

結合圖1及圖5，本發明中所述的第一支撐板2呈天平狀，兩端有凸起託板，託板呈中空的倒梯形，中空處形狀與防滑墊6相契合，防滑墊6安裝在第一支撐板2兩端的凸起託板上；第一支撐板2的橫向支撐結構上有一段滑道，第一滑動連杆4靠近第一支撐板2的一端安裝在第一支撐板2的滑道內，第一滑動連杆4可在第一支撐板2的滑道內來回滑動。第二支撐板19的結構形態和聯接方式與第一支撐板2相同。

結合圖5及圖7，本發明中所述的前倉前端蓋1、後倉前端蓋10、前倉後端蓋12、後倉後端蓋18均為六邊形結構。

結合圖6及圖8，本發明中所述的前倉倉體14與後倉倉體16均為貫通的六面體，前後倉體表面上對應安裝交叉支撐結構的位置開有矩形開口，開口長度與交叉支撐結構的長度相同。

結合圖9，本發明中所述的連接倉倉體9為圓柱形結構，內部開有呈六面體狀的貫穿通孔。

對於一種液壓驅動定徑管道機器人，其整個工作過程如下：

(1)液壓缸15液壓缸體中的活塞杆伸出，支撐後倉的交叉支撐機構撐起，支撐板與管道內壁充分接觸，將整個裝置固定於管道中心，此時支撐前倉的交叉支撐機構為回收狀態；

(2)二級液壓缸11的第一級液壓缸中的活塞杆伸出，推動支撐前倉，使支撐前倉整體在連接倉倉體9內側向前或向上移動一段距離；

(3)二級液壓缸11的第二級液壓缸中的活塞杆伸出，支撐前倉的交叉支撐機構撐起，支撐板與管道內壁充分接觸；

(4)液壓缸15液壓缸體中的活塞杆縮回，支撐後倉的支撐機構回收，支撐板與管道內壁脫離；

(5)二級液壓缸11的第一級液壓缸中的活塞杆縮回，拉動支撐後倉，使支撐後倉以及連接倉倉體9在前倉倉體14外側向前或向上移動一段距離；

(6)液壓缸15液壓缸體中的活塞杆伸出，支撐後倉的交叉支撐機構撐起，支撐板與管道內壁充分接觸，如此往復循環，即可實現該管道機器人在管道中的移動。

實施例2

結合圖1至圖10，液壓驅動定徑蠕動管道機器人結構主要組成包括支撐前倉、支撐後倉和連接倉。支撐前倉主要包括前倉前端蓋1、支撐板2、固定連杆座3、滑動連杆4、固定連杆5、防滑墊6、滑動連杆座7、滑軌8、二級液壓缸11、前倉後端蓋12、滑動盤13和前倉倉體14；連接倉主要包括連接倉倉體9和液壓缸11；支撐後倉主要包括後倉前端蓋10、液壓缸15、後倉倉體16、滑動盤17、後倉後端蓋18、支撐板19、固定連杆座20、滑動連杆21、固定連杆22、防滑墊23、滑動連杆座24和滑軌25。

如圖3、圖5、圖6所示，在支撐前倉中，前倉前端蓋1和前倉後端蓋12通過內六角螺釘固定於前倉倉體14的兩端，滑軌8的兩端分別固定於前倉前端蓋1和前倉後端蓋12，滑動盤13可以在滑軌8上往復滑動，固定連杆座3固定於前倉前端蓋1，滑動連杆座7固定於滑動盤13，固定連杆5一端與固定連杆座3鉸接，另一端與支撐板2鉸接，滑動連杆4一端與滑動連杆座7鉸接，另一端在支撐板2的滑道內滑動，固定連杆5與滑動連杆4在等長位置鉸接，二級液壓缸11的第二級套環與滑動盤13固定，二級液壓缸11的第二級帶動滑動盤13在滑軌8上往復滑動，從而帶動前倉支撐機構的撐起和回收，支撐機構周向間隔120°均布三組。支撐後倉與支撐前倉結構相同。

連接倉中，連接倉倉體9一端通過螺栓螺母與後倉倉體16固定，另一端套在前倉倉體14的外側，二級液壓缸11的尾部法蘭通過螺栓螺母與倉前端蓋10固定，第一級法蘭通過螺栓螺母與前倉後端蓋12固定。二級液壓缸11的第一級可以保證支撐前倉在連接倉內側往復移動，以實現管道機器人的前進和後退。

液壓驅動定徑蠕動管道機器人工作的整個過程：液壓缸15活塞杆伸出，支撐後倉的支撐機構撐起，支撐板與管道內壁充分接觸，將整個裝置固定於管道中心，此時支撐前倉的支撐機構為回收狀態，二級液壓缸11的第一級活塞杆伸出，推動支撐前倉，使支撐前倉整體在連接倉倉體9內側向前或向上移動一段距離，二級液壓缸11的第二級活塞杆伸出，支撐前倉的支撐機構撐起，支撐板與管道內壁充分接觸，液壓缸15活塞杆縮回，支撐後倉的支撐機構回收，支撐板與管道內壁脫離，二級液壓缸11的第一級活塞杆縮回，拉動支撐後倉，使支撐後倉以及連接倉倉體9在前倉倉體14外側向前或向上移動一段距離，液壓缸15活塞杆伸出，支撐後倉的支撐機構撐起，支撐板與管道內壁充分接觸，如此往復循環，即可實現該管道機器人在管道中的移動。

本發明包括：機器人的行進裝置，即支撐前倉、連接倉、支撐後倉的合理連接；利用一個二級液壓缸完成支撐和行進兩個動作；由液壓缸驅動的無死點前後倉交叉支撐機構。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。