一种可变速的流体驱动管道机器人制造技术

本发明专利技术涉及管道机器人领域，具体地涉及一种可变速的流体驱动管道机器人。包括骨架、直板密封盘、皮碗、垫块、前挡板、后挡板、里程轮组件、离线采集控制模块、伺服电机和变速泄流阀。里程轮组件采集速度后，由离线采集控制模块控制伺服电机旋转，电机轴上的小齿轮与设置有光圈结构的变速泄流阀上的内齿圈啮合转动，控制变速泄流阀的多片开合叶片组成的光圈结构开孔大小，改变机器人泄流量，达到调节机器人运行速度的目的。变速泄流阀开口形式简单，泄流平稳，易于建模分析，提高了机器人的速度控制精确度。精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种可变速的流体驱动管道机器人


本专利技术涉及管道机器人领域，具体地涉及一种可变速的流体驱动管道机器人。

技术介绍

在实际生产中，由于管道的铺设位置以及环境的因素，单独依靠人工对管道进行检修与维护往往是难以满足实际需要的要求，而管道由于长时间的铺设及使用常常会出现被腐蚀、破坏导致出现泄露，乃至会发生次生的危害。管道机器人的出现，有效的解决了上述面临的问题。管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。管道检测机器人作为检测过程中的重要装置通过自身携带一种或多种探测仪器设备，可在远距离控制下进行一系列的管道检测工作。其中，流体驱动管道机器人是一种利用密封盘与管壁的紧密接触形成的介质压差驱动的管道机器人，可用于各种带压管道的内部作业。该种机器人结构简单，无需驱动模块和给驱动模块供能的大容量储能设备就能完成全管段的运动。流体驱动管道机器人可以搭载管道内检测设备或者清洁设备进行管道内的单向运动作业。其中内检测设备主要包括漏磁检测、超声导波检测、测径板变形检测和涡流检测等设备，可以对管道内壁的变形，腐蚀变薄和焊缝缺陷等问题进行检测，提高管道运输的安全性和可靠性。机器人依靠密封盘与管壁的紧密接触形成的介质压差运动过程中，密封盘会对管壁产生刮擦的作用，起到清洁管道内壁的效果，也可以通过搭载刚刷等清洁设备对管壁的污垢进行进一步清理。由于流体驱动管道机器人的驱动力全部依赖前后介质压差，其大小受管内流体流速和上下游压力影响，机器人地运行速度无法有效地控制。剧烈的速度波动会影响到机器人搭载设备的工作精度和效果，甚至影响机器人本身结构的稳定性。因此，目前的研究中主要集中于对于流体驱动管道机器人的运行速度进行控制，如文献
[0001]李建永,高兴华,杨泽,等.介质压差驱动管道机器人速度调控装置的研究[J].液压与气动,2016(12):4.，虽然，其利用管道内输送的有压流体作为驱动能源,通过对机器人本体上的节流口开度控制来调节作用在机器人前后端面上的流体压力及流体通流量,实现对机器人行进速度的控制；但是，由于该管道机器人，其锥阀遇到大型颗粒物时会有无法完全关闭的情况，且阀的流通面积小，可调流量范围小，调速阀的泄通能力弱。再如文献[2]刘荣辉,杨云龙,魏长旭,等.速度自控式管道机器人驱动调速单元数值模拟分析[J].机床与液压,2017,045(011):18
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21.，虽然其通过伺服电机带动驱动螺杆正反向转动,改变锥形阀芯与节流口的相对距离控制节流口的开度大小,调控节流口前后流体的压力差及通流量,实现对机器人行进速度的控制；但是，该管道机器人，其节流阀开度较小，易受颗粒物污染，调速阀的泄通能力弱。有一些关于上述流体驱动管道机器人实现其有效控制速度的研究，
如专利文献[1]申请号：CN201811007163.7，涉及一种流体驱动式离心调速管道机器人，是一种流体驱动式离心调速管道机器人，无需动力牵引，靠管道内流体驱动爬行。虽然，其克服了流体驱动式管道机器人的速度调节问题，设计了离心阀式调速机构，通过离心阀的转速来调节阀芯的开口大小，从而控制管道机器人在管道内的爬行速度，能够满足不同工作速度要求。但是，由于其离心调速阀结构复杂，而管内运行设备能源主要来源于所携带的电池，而离心调速阀在非工作状态下为常闭，工作时需要电机保持一定转速，持续耗能，极大地缩短了电池的使用时间，故不适合长时间作业。目前还有对于管道机器人结构简单化的研究，再如专利文献[2]申请号：CN201911230264.5，涉及一种流体取能可调速皮碗式管道机器人动力装置，是一种流体取能可调速皮碗式管道机器人动力装置，虽然，该技术方案解决了现有的管道机器人结构复杂、体积较大以及小型化困难等技术问题，但是，其调速结构由紧密配合的皮碗组成，调节阻力较大，泄流通道形状及效果不可控。因此，如何实现有效控制可变速的流体驱动管道机器人速度，同时实现驱动结构简单化、达到调速阀的泄通能力强是目前亟待解决的技术问题，尤其是在工程实际生产中，极具有重要的研究和使用价值。

技术实现思路

为更有效的解决上述提到的问题，本专利技术提供一种新型的可变速流体驱动管道机器人，在进行管道清管和内检测作业时，其中的调速清管器采用仿生光圈结构的阀门实现泄流，驱动结构简单可靠，调速阀的泄通能力强，速度控制稳定。本专利技术请求保护以下技术方案：本专利技术提供一种可变速的流体驱动管道机器人，包括骨架、直板密封盘、皮碗、垫块、前挡板、后挡板、里程轮组件、离线采集控制模块、伺服电机、电机架；其特征在于，所述皮碗为3个固定皮碗，分别是第一、第二、第三皮碗；所述骨架的一端依次套入第一皮碗、垫块、直板密封盘和前挡板，所述骨架另一端依次套入第二皮碗、垫块、第三皮碗和后挡板，且通过固定部件固定在所述骨架上；所述里程轮组件轴向均匀固定于所述骨架中部外圆面上，且所述里程轮轮缘最远处与所述骨架中心轴线的距离略大于皮碗最大直径；所述离线采集控制模块、伺服电机、电机架固定在所述骨架内部空腔；还包括设置有光圈结构的变速泄流阀，所述变速泄流阀固定在所述骨架内部空腔。进一步的，所述设置有光圈结构的变速泄流阀包括阀体结构、螺钉、导轨转盘、导向板、开合叶片、滑动块；所述导向板通过螺钉与阀体结构相连，阀体结构内部设置导轨转盘和沿圆周分布的至少3个光圈结构式的开合叶片；所述导向板上设置与所述开合叶片配合的相同数量的导向槽，所述开合叶片与所述导向槽通过滑动块连接；所述变速泄流阀还包括小齿轮，所述小齿轮连接在所述伺服电机轴上；所述导轨转盘的另一面设置有内齿圈结构，小齿轮与所述内齿圈结构啮合；所述导轨转盘上还设置有所述开合叶片配合的相同数量的导轨，开合叶片与导轨连接，可在导轨内进行平动。优选的，所述导向板通过螺钉与阀体结构相连，阀体结构内部设置导轨转盘和沿圆周分布的6个光圈结构式的开合叶片；所述导向板上设置与所述开合叶片配合的6条导向槽，相邻导向槽之间的夹角为60度，开合叶片与导向槽通过滑动块连接；所述导轨转盘上还
设置有6条导轨，两个相邻的导轨之间的夹角为60度，开合叶片与导轨连接，可在导轨内进行平动。进一步的，当所述小齿轮在驱动力的作用下转动时，所述内齿圈结构会带动所述导轨转盘转动，所述导轨转盘上的导轨和所述导向板上的导向槽带动所述开合叶片沿导轨平移，6个开合叶片同时沿周向和径向移动，实现控制泄流阀开孔的大小。进一步的，所述通过固定部件固定在所述骨架上，是指通过周向布置的多组固定部件与骨架进行连接固定，所述固定部件包括螺栓螺母、卡扣结构、销轴和卡箍。优选的，所述通过固定部件固定在所述骨架上，是指通过周向布置的8组螺栓螺母与骨架进行连接固定。进一步的，所述里程轮组件中还包括压缩弹簧，所述压缩弹簧的运动趋势为将所述里程轮推向远离轴线的法向上，以保证所述里程轮始终与管道内壁有效接触。进一步的，所述里程轮组件轴向均匀固定于所述骨架中部外圆面上，是通过所述骨架中部外圆面上的多个周向均布的铰链座与骨架连接固定。优选的，共有6组所述里程轮组件通过所述骨架中部外圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变速的流体驱动管道机器人，包括骨架、直板密封盘、皮碗、垫块、前挡板、后挡板、里程轮组件、离线采集控制模块、伺服电机、电机架；其特征在于，所述皮碗为3个固定皮碗，分别是第一、第二、第三皮碗；所述骨架的一端依次套入第一皮碗、垫块、直板密封盘和前挡板，所述骨架另一端依次套入第二皮碗、垫块、第三皮碗和后挡板，且通过固定部件固定在所述骨架上；所述里程轮组件轴向均匀固定于所述骨架中部外圆面上，且所述里程轮轮缘最远处与所述骨架中心轴线的距离略大于皮碗最大直径；所述离线采集控制模块、伺服电机、电机架固定在所述骨架内部空腔；还包括设置有光圈结构的变速泄流阀，所述变速泄流阀固定在所述骨架内部空腔。2.根据权利要求1所述的流体驱动管道机器人，其特征还在于，所述设置有光圈结构的变速泄流阀包括阀体结构、螺钉、导轨转盘、导向板、开合叶片、滑动块；所述导向板通过螺钉与阀体结构相连，所述阀体结构内部设置导轨转盘和沿圆周分布的至少3个光圈结构式的开合叶片；所述导向板上设置与所述开合叶片配合的相同数量的导向槽，所述开合叶片与所述导向槽通过滑动块连接；所述变速泄流阀还包括小齿轮，所述小齿轮连接在所述伺服电机轴上；所述导轨转盘的另一面设置有内齿圈结构，小齿轮与所述内齿圈结构啮合；所述导轨转盘上还设置有所述开合叶片配合的相同数量的导轨，所述开合叶片与导轨连接，可在导轨内进行平动。3.根据权利要求2所述的流体驱动管道机器人，其特征还在于，所述导向板通过螺钉与阀体结构相连，阀体结构内部设置导轨转盘和沿圆周分布的6个光圈结构式的开合叶片；所述导向板上设置与所述开合叶片配合的6条导向槽，相邻导向槽之间的夹角为60度，开合叶片与导向槽通过滑动块连接；所述导轨转盘上还设置有6条导...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅，郭红军，张菁，赵德银，姚丽蓉，周勇，李鹏，钟荣强，孙永尧，宋学超，杨思远，滕建强，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，
类型：发明
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