一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人，包括径向行走机构、动力变换机构、管径自适应机构和清洗机构，径向行走机构，包括多个行走单元，所述行走单元沿机器人本体主轴圆周分布，每组行走单元结构一致；动力变换机构将位于机器人本体主轴的电机轴的动力变向传递给各个行走单元，以实现动力的方向转变和传递；管径自适应机构，包括调节机构和连接径向行走机构的连杆，调节机构带动连杆运动，通过调节机构在主轴上位置的改变，实现连杆的动作，以同时带动径向行走机构在径向方向与主轴的距离，实现管径的适应；清洗机构设置于主轴前端，随着径向行走机构的运动，清洗管道内不同位置。

A pipe cleaning robot capable of adapting to different diameter changes

The utility model discloses a pipe cleaning robot which can adapt to different pipe diameter changes, including radial walking mechanism, power transformation mechanism, diameter adaptive mechanism and cleaning mechanism, radial walking mechanism, including a plurality of walking units. The walking unit is distributed along the spindle of the main body of the robot, each group of walking units is connected. The dynamic transformation mechanism transfers the dynamic direction of the motor axis of the spindle of the robot's main shaft to each walking unit to realize the direction transformation and transmission of the power. The diameter adaptive mechanism, including the adjusting mechanism and the connecting rod connecting the radial walking mechanism, regulates the mechanism with the motion of the connecting rod, and the mechanism is controlled by the mechanism. The change of the position on the axis realizes the action of the connecting rod, in order to drive the distance between the radial direction and the spindle at the same time, to realize the adjustment of the diameter of the pipe; the cleaning mechanism is set at the front of the spindle, and with the movement of the radial walking mechanism, the different positions in the pipe are cleaned.

【技术实现步骤摘要】
一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人
本技术涉及一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人。
技术介绍
用于石油、天然气乃至民用上下水等的管道在传输液、气体过程中，因温度、压力不同及介质与管道之间的物理化学作用，常常会高温结焦，生成油垢、水垢、存留沉积物、腐蚀物等，使有效传输管径减少，效率下降，物耗、能耗增加，工艺流程中断，设备失效，发生安全事故。尽管通过添加化学剂，采用合理的工艺流程，进行水质处理措施可以在一定程度上改善这些情况，但要完全避免污垢的产生是不可能的。我国的管道清洗行业长期以来80％采用的是化学方法以及手工清洗和机械清洗方法，存在成本高、效率低、污染环境等问题，远远不能满足现代社会日益增长的要求。探索和开发高效的清洗方法成为工业生产和人民生活的不可或缺的环节。管道机器人作为一种高度自动化的管内爬行设备因实际情况的需要逐步发展起来，这种设备在管道作业中可以起到运载工具的作用。管道机器人是一种可沿管道内行走的机械装置，能进入人力所不及、复杂多变的非常规管道环境中，在远程操纵下完成管道检测、清理、修补等作业，以保障管道安全和畅通无阻的工作。目前工业领域内使用的管道机器人多种多样，按功能不同主要可分为：管道清洁机器人、管道检测机器人和管道补口机器人。目前对管道机器人的研究较多，如申请号为CN201310559403.5的专利技术专利记载了一种通过两部移动车由铰链相连接，通过驱动机构调节折叠角度，使轮子以加压方式被管道的内侧面支撑，洗涤部件设置于第一移送车、第二移送车中某一个，利用旋转力清洁管道的内部。该专利技术开始作业时容易投入于入口侧的内径窄的管道，能灵活地放大或缩小大小以用于具有各种直径的管道，在移送中，第一移送车、第二移送车的轮子以紧贴方式被相向的管道内壁支撑。但其洗涤部件对中性需要人为调节，不好保证清洗效果；移送车轮子与管壁的接触面不稳定，对于小直径管附着牵引力容易不足，大直径管则容易侧翻。再如申请号为201610047373.3的专利技术专利，记载了一种由机架、履带行走机构、管径自适应调整机构、管道清洁机构等组成的履带轮式管道清洁机器人。四个履带轮分布于机架的四角，带动整机行进，可伸缩电动推杆控制履带轮与机架角度可变，使履带轮紧贴管壁，清洁功能由三个清洁臂实现。但是该机器人调整过程复杂、缓慢，需用红外检测装置探查障碍；每个履带轮上都需要安装电机，使得整机重量较大，结构复杂，故障率高；清洁臂不能完全覆盖管道内表面，清洗有遗漏，对中性差，清洗效率低。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提出了一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人，本技术具有结构简单，过弯能力强，对中性好清洁全面的优点，同时能够自动适应管径变化，适应任意坡度，可用于垂直管道。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人，包括径向行走机构、动力变换机构、管径自适应机构和清洗机构，其中：所述径向行走机构，包括多个行走单元，所述行走单元沿机器人本体主轴圆周分布，每组行走单元结构一致；所述动力变换机构将位于机器人本体主轴的电机轴的动力变向传递给各个行走单元，以实现动力的方向转变和传递；所述管径自适应机构，包括调节机构和连接径向行走机构的连杆，所述调节机构带动连杆运动，通过调节机构在主轴上位置的改变，实现连杆的动作，以同时带动径向行走机构在径向方向与主轴的距离，实现管径的适应；所述清洗机构设置于主轴前端，通过动力变换机构和径向行走机构的配合，使清洗机构随着径向行走机构的运动，清洗管道内不同位置。进一步的，所述径向行走机构为轮式行走机构，多组行走单元由主轴向外辐射的，每个行走单元包括主动轮和辅助轮。进一步的，所述主动轮通过设置于主轴的电机通过所述的动力变换机构提供动力，辅助轮起支撑稳定作用。进一步的，所述动力变换机构由多组蜗轮蜗杆系统和链传动系统组合而成，每组蜗轮蜗杆系统与一个行走单元相对应，电机轴的动力通过联轴器传递给蜗杆，蜗杆通过啮合传动将动力传递给蜗轮，与蜗轮同轴的链轮通过链传动将动力传递给与主动轮同轴的链轮，再传递给主动轮，借此实现动力的方向转变和传递。进一步的，所述管径自适应机构包括调节电机、螺母、丝杠和连杆，丝杠转动带动螺母水平位移，在最右端时实现机器人直径最小的状态，即管径适应的下限；在最左端时实现机器人直径最大的状态，即管径适应的上限，连杆形成支架，支架带动主动轮和辅助轮同时动作，所述调节电机带动丝杠的转动。进一步的，所述清洗机构为清洗盘，清洗盘外围一圈根据需要加装清洗部件，完成不同的作业要求。进一步的，所述清洗机构上设置有外接摄像头对管道清洁情况实时采集。将采集的实时图像反馈到外部工作人员的显示器上，工作人员可根据清洗效果人工控制机器人的行进速度，以取得良好的清洗效果，又不会浪费资源。进一步，所述主动轮上上设置有压力传感器，采集主动轮与管壁间的压紧力，并将其传输给机器人的控制器。该力的大小由机器人在竖直管道中受力情况计算而来，可以保证机器人产生稳定的附着牵引力，即使在竖直管道中也可以稳定工作。进一步，所述清洁机器人采用电动驱动方式，径向轮式行走的驱动器采用直流永磁电机，丝杠的调节电机采用步进电机。基于上述机器人的控制方法，包括以下步骤：(1)测试行走单元与管道的压紧力，若不在设定范围内，调节轮子与电机径向距离，使得压紧力达到设定范围；(2)压紧力符合要求后，启动驱动电机，动力由动力变换机构传递到行走单元上，带动机器人在管道内实现行走，带动清洗机构与管壁产生摩擦，完成清洗；(3)需要调节机器人行走速度时，只需调节电机转速即可实现行进速度的变化，机器人需要过弯时无需额外调节，因其轮上压紧力产生变化，管径自适应装置开始调节，使得机器人在管道内姿态发生变化，轮子始终贴于管壁，压紧力维持稳定，自行通过弯道。与现有技术相比，本技术的有益效果为：1.本技术结构简单，体积较小，重量较轻，只用一部电机作动力源，高效节能；2.本技术采用丝杠螺母系统调节轮子与电机的径向距离，可适应不同管径变化；3.本技术在轮子上采用压力传感器保证轮子与管壁间的压紧力足够支撑机器人重量，适应各种坡度；4.本技术因结构简单，长度由过弯能力校核控制，可实现适应管径范围内直角弯道的过弯；5.本技术清洁机构对中性好，清洗全面、效率高，可用于各种圆管的清洗，且由于清洗机构是作为一个独立的部件，可以随意拆卸，可在清洗装置的基础上更换为管道检测装置或管道修补装置，以完成管道检测、补口和焊接等作业，实现功能的多样化。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本技术的总体结构示意图；图2为动力变换装置的结构示意图；图3为本技术适应较小管径状态时示意图；图4为本技术适应较大管径状态时示意图；图5为本技术控制系统总体流程图；图中，1-动力电机，2-涡轮轴，3-蜗轮，4-清洗盘，5-外接摄像头，6-清洗盘轴，7-联轴器，8-蜗杆，9-蜗轮同轴链轮，10-主动轮同轴链轮，11-辅助轮支架，12-辅助轮，13-万向节，14-丝杠，15-丝杠螺母，16-调节电机，17-轮间连杆，18-主动轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人，其特征是：包括径向行走机构、动力变换机构、管径自适应机构和清洗机构，其中：所述径向行走机构，包括多个行走单元，所述行走单元沿机器人本体主轴圆周分布，每组行走单元结构一致；所述动力变换机构将位于机器人本体主轴的电机轴的动力变向传递给各个行走单元，以实现动力的方向转变和传递；所述管径自适应机构，包括调节机构和连接径向行走机构的连杆，所述调节机构带动连杆运动，通过调节机构在主轴上位置的改变，实现连杆的动作，以同时带动径向行走机构在径向方向与主轴的距离，实现管径的适应；所述清洗机构设置于主轴前端，通过动力变换机构和径向行走机构的配合，使清洗机构随着径向行走机构的运动，清洗管道内不同位置。

【技术特征摘要】
1.一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人，其特征是：包括径向行走机构、动力变换机构、管径自适应机构和清洗机构，其中：所述径向行走机构，包括多个行走单元，所述行走单元沿机器人本体主轴圆周分布，每组行走单元结构一致；所述动力变换机构将位于机器人本体主轴的电机轴的动力变向传递给各个行走单元，以实现动力的方向转变和传递；所述管径自适应机构，包括调节机构和连接径向行走机构的连杆，所述调节机构带动连杆运动，通过调节机构在主轴上位置的改变，实现连杆的动作，以同时带动径向行走机构在径向方向与主轴的距离，实现管径的适应；所述清洗机构设置于主轴前端，通过动力变换机构和径向行走机构的配合，使清洗机构随着径向行走机构的运动，清洗管道内不同位置。2.如权利要求1所述的一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人，其特征是：所述径向行走机构为轮式行走机构，多组行走单元由主轴向外辐射的，每个行走单元包括主动轮和辅助轮。3.如权利要求2所述的一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人，其特征是：所述主动轮通过设置于主轴的电机通过所述的动力变换机构提供动力，辅助轮起支撑稳定作用。4.如权利要求2所述的一种可适应不同管径变化的管道清洁机器人，其特征是：所述动力变换机构由多组蜗轮蜗杆系统和链传动系统组合而成，每组蜗轮蜗杆系统与一个行走单元相...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋清华，朱世祯，王恒，张海波，李文庆，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37