一种管道机器人内封堵系统技术方案

本发明专利技术公开的一种管道机器人内封堵系统，涉及油气管道泄露封堵领域。该管道机器人内封堵系统由机器人单元、连接单元和封堵单元三部分组成。其中机器人单元采取电机驱动、螺旋行走、弹簧支撑的结构方式，弹簧压缩和伸长可调节机器人对不同管径的适应性，同时在驱动部分增加舵机，通过舵机对驱动轮偏转角度的调节可以控制内封堵机器人的行走速度；连接单元采用十字万向连接器，增加整体结构的灵活性以及它对弯管的通过性能；封堵单元采用双气囊式封堵方案，实现了封堵作业的快速性与便捷性。

A Pipeline Robot Internal Blocking System

【技术实现步骤摘要】
一种管道机器人内封堵系统
本专利技术主要涉及油气管道封堵
，具体是一种管道机器人内封堵系统。
技术介绍
目前，管道作为一种重要的物料输送设施，在工业中得到了广泛应用，管道运输作为综合运输体系的重要组成方式，在国民经济中发挥着重要的地位，特别是在石油、天然气等工业领域中，存在着各种类型的管道。但是随着管道服役年限的延长，由于外界工程作业的破坏、管内介质的腐蚀、以及自然因素的干扰，管道总会出现裂纹、漏洞等一些损坏迹象，从而导致管道内部介质外泄。一旦发生介质泄漏就极易引起火灾、爆炸等事故，从而造成环境污染，生态破坏，人民的生命、经济财产受损等一系列严重后果。为了降低管道运输过程中潜在的安全隐患，减少经济损失，对管道进行定期的巡检以及对泄漏管道进行应急处理处置很有必要性。国内外对管道机器人的研究众多，按照其运动方式，可分为：轮式管道机器人、履带式管道机器人、蠕动式管道机器人、螺旋式管道机器人。轮式管道机器人在直管中具有效率高、运动平稳等优点，但其遇到弯管或者不规则管道时会发生运动干涉问题，严重限制了轮式管道机器人的应用；履带式管道机器人支撑面积大、牵引力大、越野性能好，能适应复杂的管道，但结构复杂，在直径较小的管道内，灵活性差；蠕动式管道机器人移动方式机构巧妙，但结构复杂，驱动机构多，控制单元复杂。螺旋式管道机器人通过旋转驱动模块的转动实现轴向运动，结构紧凑，控制简单，弯道的通过性能良好。但现有技术应用中的螺旋式管道机器人，结构复杂，传动机构繁琐，效率不高，对管道半径发生变化的情况适应性也较差，且大多数管道机器人主要应用于直线管道或曲率半径较大的弯道。专利技术内容本专利技术克服了现有技术存在的不足，提供一种螺旋式驱动管道机器人内封堵系统，可顺利通过弯头、变径管道或内部坑洼不平的管道。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种管道机器人内封堵系统，由机器人单元、连接单元和封堵单元三部分构成。机器人单元主要包括前驱动机构、电机部分、后支撑机构。前驱动机构主要由驱动架、舵机护罩、舵机、驱动轮、轮架、弹簧一组成。驱动架为整个驱动机构的支撑结构，也是整个驱动机构的转动输出，它带动着舵机、舵机护罩、轮架做圆周转动；舵机护罩主要是对舵机起保护作用，防止舵机与驱动架直接接触的磨损破坏；舵机与轮架相连，可以控制轮架的偏转，从而控制驱动轮的偏转角度，驱动轮的偏转角度直接影响着机器人的行走速度与驱动力大小，是整个装置的重要变量参数；弹簧的主要作用是增强管道内封堵机器人在不同管道中的环境适应能力。电机部分主要由连接前板、连接后板、连接管、电机组成。连接前板和连接后板通过连接管的螺丝紧固，对电机起到支撑保护的作用。后支撑机构由弹性臂、弹簧二、支撑架、套筒、套筒盖、轮架、支撑轮组成，其中支撑架起主体支撑作用，套筒通过焊接的方式连接在支撑架上，弹簧放置于套筒内，弹性臂压在弹簧上，由套筒盖扣住，这样限制了弹性臂的旋转运动，弹性臂只能竖直运动，从而使支撑轮只能垂直地接触管道内壁，起到支撑的作用。连接部分采用万向节的连接方式，将机器人单元与封堵单元柔性连接起来，使其可以顺利通过管道转弯部位。封堵单元包括后支撑机构、封堵机构。后支撑机构与机器人单元的后支撑机构完全一样，封堵机构采用双气囊的封堵方式，增加了封堵面积。封堵机构由电磁阀、端盖、快插充气接口、支撑圈、封堵气囊、固定圈组成，整体机构如图所示。其中封堵机构的端盖上开有导流口和快插充气接口，电磁阀连接在导流口上，导流口可以减少封堵单元在管道内行走时流体介质对封堵单元的阻力，电磁阀控制着导流口的开通与闭合；封堵气囊套在固定圈上，然后将装有固定圈的封堵气囊安装在支撑圈上，用端盖将其盖紧，这样就完成封堵气囊的安装；同时在支撑圈内留有充气通道，充气通道出口呈喇叭状，固定圈上开有均匀分布的八个小孔，可以顺利完成对封堵气囊的充气功能。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本装置将机器人技术与封堵技术相融合，组成了多功能复合型机器人系统。2、本装置机构简单，可在装置前端搭载摄像头，对管道内部环境进行实时监测，确定待封堵的位置，提高了封堵效率。3、机器人单元采取电机驱动、螺旋行走、弹簧支撑的结构方式，电机驱动，既有控制简单，操作方便的优点，也提供了装置前进的动力；同时在驱动部分增加舵机，通过舵机对驱动轮偏转角度的调节可以控制内封堵机器人的行走速度，偏转角的调节范围可为5°～85°，经过仿真实验分析的偏转角的最优角度为30°，当偏转角度为5°～30°之间时，机器人的行走速度随着偏转角的增大而增大，机器人的牵引力也保持在40N左右；当偏转角度在30°～85°之间时，机器人的行走速度随着偏转角的增大而减小，其牵引力也随着偏转角度的增大而减小。4、弹簧支撑式的结构，在不需要动力输入的情况下，可自动适应管径不同的管道。5、连接单元为万向节结构，具有多个自由度，使装置可顺利通过管道转弯部，保证了整个内封堵机器人在转弯过程中，机器人单元与封堵单元不存在干涉问题。6、封堵单元部分采用双气囊封堵的方式，增大了封堵面积，该装置也可串联多个封堵单元对长度较大的纵向裂缝泄漏部位进行封堵。附图说明图1是管道内封堵机器人整体示意图；图2是机器人单元示意图；图3是机器人单元前驱动机构示意图；图4是电机部分机构示意图；图5是后支撑机构示意图；图6是封堵机构示意图；图7是封堵机构剖面图；图8是固定圈示意图。附图中所示标号：1、机器人单元；2、连接单元；3、封堵单元；1-1、前驱动部分；1-2、电机部分；1-3、后支撑部分；1-101、驱动架；1-102、舵机护罩；1-103、舵机；1-104、轮架；1-105、驱动轮；1-106、轮轴；1-107、螺钉；1-108、螺杆；1-109、弹簧一；1-201、连接前板；1-202、连接管；1-203、电机；1-204、连接后板；1-301、弹性臂；1-302、弹簧二；1-303、支撑架；1-304、套筒；1-305、套筒盖；1-306、螺钉b；1-307、轮架；1-308、轮轴；1-309、支撑轮；3-1、封堵部分；3-101、电磁阀；3-102、端盖；3-103、快插充气接头；3-104、螺栓；3-105、封堵气囊；3-106、固定圈；3-107、支撑圈。具体实施方式结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。本专利技术中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，所采用的电路连接均为现有技术中的常规型号，在此不再详述。如图1所示，是管道内封堵机器人整体示意图，一种管道机器人内封堵系统，由机器人单元(1)、连接单元(2)、封堵单元(3)三个部分构成。每个单元在设计上都是相互独立的，在功能上是紧密联系的，由机器人(1)单元提供整体装置的前进动力，由封堵单元(3)完成对泄漏管道的封堵修复作业，其中一个机器人单元(1)可以通过连接单元(2)串联多个封堵单元(3)，实现对泄漏管道的多点离散化封本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管道机器人内封堵系统，包括机器人单元(1)、连接单元(2)、封堵单元(3)，所述机器人单元(1)包括前驱动部分(1‑1)、电机部分(1‑2)、后支撑机构(1‑3)三部分，其中所述前驱动部分(1‑1)由驱动架(1‑101)、舵机护罩(1‑102)、舵机(1‑103)、驱动轮(1‑105)、轮架(1‑104)、轮轴(1‑106)、弹簧一(1‑109)组成，驱动架(1‑101)上用套有弹簧一(1‑109)的螺杆(1‑108)连接舵机护罩(1‑102)，舵机(1‑103)通过螺钉(1‑107)固定在舵机护罩(1‑102)上，轮架(1‑104)通过螺钉和舵机(1‑103)相连，驱动轮(1‑105)则由轮轴(1‑106)连接在轮架(1‑104)上；所述电机部分(1‑2)主要由连接前板(1‑201)、连接后板(1‑204)、连接管(1‑202)、电机(1‑203)组成，连接前板(1‑201)和连接后板(1‑204)通过四个连接管(1‑202)的螺丝紧固；后支撑机构(1‑3)由弹性臂(1‑301)、弹簧二(1‑302)、支撑架(1‑303)、套筒(1‑304)、套筒盖(1‑305)、轮架(1‑307)、支撑轮(1‑309)组成的一种弹簧式支撑机构，套筒(1‑304)通过焊接的方式连接在支撑架(1‑303)上，弹簧二(1‑302)放置于套筒(1‑304)内，弹性臂(1‑301)压在弹簧二(1‑302)上，套筒盖(1‑305)通过四个螺钉(1‑306)固定在套筒(1‑304)上，弹性臂(1‑301)穿过套筒盖(1‑305)和轮架(1‑307)通过螺钉连接，支撑轮(1‑309)和轮架(1‑307)通过轮轴(1‑308)连接；所述连接单元(2)由十字万向节连接器构成；所述封堵单元(3)包括后支撑机构(1‑3)、封堵机构(3‑1)，后支撑机构(1‑3)与机器人单元的后支撑机构(1‑3)相同，封堵机构(3‑1)由电磁阀(3‑101)、端盖(3‑102)、快插充气接口(3‑103)、支撑圈(3‑107)、封堵气囊(3‑105)、固定圈(3‑106)组成，其中封堵机构(3‑1)的端盖(3‑102)上开有导流口(3‑101)和快插充气接口(3‑103)，电磁阀(3‑101)连接在导流口上，控制着导流口的开通与闭合；封堵气囊(3‑105)套在固定圈(3‑106)上，然后将装有固定圈(3‑106)的封堵气囊(3‑105)安装在支撑圈(3‑107)上，用端盖(3‑102)将其盖紧；同时在支撑圈(3‑107)内留有充气通道，固定圈(3‑106)上有八个小孔均匀分布，可以顺利完成对封堵气囊的充气功能。...

【技术特征摘要】
1.一种管道机器人内封堵系统，包括机器人单元(1)、连接单元(2)、封堵单元(3)，所述机器人单元(1)包括前驱动部分(1-1)、电机部分(1-2)、后支撑机构(1-3)三部分，其中所述前驱动部分(1-1)由驱动架(1-101)、舵机护罩(1-102)、舵机(1-103)、驱动轮(1-105)、轮架(1-104)、轮轴(1-106)、弹簧一(1-109)组成，驱动架(1-101)上用套有弹簧一(1-109)的螺杆(1-108)连接舵机护罩(1-102)，舵机(1-103)通过螺钉(1-107)固定在舵机护罩(1-102)上，轮架(1-104)通过螺钉和舵机(1-103)相连，驱动轮(1-105)则由轮轴(1-106)连接在轮架(1-104)上；所述电机部分(1-2)主要由连接前板(1-201)、连接后板(1-204)、连接管(1-202)、电机(1-203)组成，连接前板(1-201)和连接后板(1-204)通过四个连接管(1-202)的螺丝紧固；后支撑机构(1-3)由弹性臂(1-301)、弹簧二(1-302)、支撑架(1-303)、套筒(1-304)、套筒盖(1-305)、轮架(1-307)、支撑轮(1-309)组成的一种弹簧式支撑机构，套筒(1-304)通过焊接的方式连接在支撑架(1-303)上，弹簧二(1-302)放置于套筒(1-304)内，弹性臂(1-301)压在弹簧二(1-302)上，套筒盖(1-305)通过四个螺钉(1-306...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫宏伟，王璐，彭方现，李鹏程，袁飞，霍红，李亚杰，高强，卫红梅，王福杰，杨雄，侯相荣，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14