CN102954314A - 管道机器人牵引机构 - Google Patents

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曹建树
李杨
李魁龙
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Abstract

一种管道机器人牵引机构，主要由驱动机构（1）、支撑机构（2）、传感器模块（3）和机架（4）组成，其中，驱动机构（1）采用单电机全驱动方式，三个驱动轮120度均匀布置，由蜗轮蜗杆、同步带和驱动轮等组成；支撑机构（2）可以实现主动和被动支撑，使机器人具有一定管径变化适应能力；传感器模块（3）由压力传感器组成，配合其他机构可以实现牵引力的调节和支撑机构的控制；机架（4）连接和固定驱动机构（1）与支撑机构（2）。本发明的牵引机构可以用于搭载无损检测装置和作业装置，对工作中的油气管道进行在役检测、清理和维护，以保障管道的安全和畅通无阻地工作。

Description

管道机器人牵引机构
技术领域
本发明涉及管道机器人的牵引装置，尤其是用于搭载无损检测装置和作业装置，对工作中的油气管道进行在役检测、清理、维护，以保障管道的安全和畅通无阻地工作的支撑轮式管道机器人牵引机构。
背景技术
管道机器人是针对输油、气等工业管道的检测、喷涂、接口焊接、异物清理等维护检修作业所研制的一种特种机器人，它综合了智能移动载体技术和管道缺陷无损检测技术。通过携带的无损检测装置和作业装置，对工作中的油气管道进行在役检测、清理、维护，以保障管道的安全和畅通无阻地工作。。按照管道机器人在管道内运动的动力源及运动可控性，可将这些机器人管内运动方式分为被动运动方式和主动运动方式两大类。其中，主动运行方式主要有仿生运动式、履带式、螺旋驱动式、车型式和支撑轮式；被动运行方式是以管道介质压差为驱动的PIG。
支撑轮式管道机器人在周向布置若干组支撑机构支撑在管壁上，整体称对称分布，能在管内沿轴向行走。由于对称支撑，当机器人在管道中运行时，遇到管道直径发生变化或运行情况发生变化时，机器人的中心轴线能自动与管道中心轴线保持一致。所以机器人运动稳定性好。通过支撑机构张开可以产生较大的封闭力，牵引能力强。其中牵引机构是机器人的核心，它决定了管道机器人整体的性能。
发明内容
根据背景技术所述，本发明的目的在于提供管道机器人一个牵引装置，采用支撑轮式管道机器人技术，使机器人具有足够的牵引力和管径变化适应能力，可以搭载无损检测装置和作业装置的支撑轮式管道机器人牵引机构。
为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种管道机器人牵引机构，主要由驱动机构（1）、支撑机构（2）、传感器模块（3）和机架（4）组成，其中：驱动机构（1）由蜗杆（11）、蜗轮（12）、同步带轮（13）、同步带（14）和驱动轮（15）组成；支撑机构由滚珠丝杠（21）、驱动轮毂（22），四连杆机构（23）、柔性缓冲装置（24）组成；传感器模块（3）由压力传感器组成；机架（4）由固定轮毂（31）、后板（32）和导轨（33）组成；传感器模块（3）置于驱动机构（1）上控制支撑机构（2）撑开或收缩，机架（4）将驱动机构（1）和支撑机构（2）组合成一个整体。
所述的驱动机构（1）采用单电机全驱动方式，蜗杆（11）固定在固定轮毂上（31）；三个蜗轮（12）120o均匀安装在蜗杆（11）上；同步带轮（13）与蜗轮（12）同轴布置；同步带（14）连接同步带轮（13）和驱动轮（15）。
所述的滚珠丝杠（21）固定在后板上（32）上；驱动轮毂（22）安装在滚珠丝杠（21）上并可以前进或后退，四连杆机构（23）与固定轮毂（31）和驱动轮毂（22）连接；柔性缓冲装置（24）由弹簧构成。
所述的四连杆机构（23）上安装三组驱动轮(15)、同步带（14）和柔性缓冲装置（24），并以120o均匀布置。
所述的导轨（33）连接固定轮毂（31）、驱动轮毂（22）和后板（32）。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和效果：
1、本发明通过传感器模块实现反馈控制，实时采集管壁对驱动轮的压力，控制牵引力变化；
2、本发明通过传感器模块采集压力波动，分析管径的变化从而控制支撑机构张开或收缩，以适应管径变化；
3、本发明传感器模块起到过载保护作用，防止机构超过额定载荷。
附图说明
图1为本发明结构总体示意图；
图2为本发明驱动机构示意图；
图3为本发明支撑机构示意图；
图4为本发明机架结构示意图。
具体实施方式
本发明可以根据附图进行实施，下面结合附图作进一步详细的说明。
由图1示出一种管道机器人牵引机构示意图，主要由驱动机构1、支撑机构2、传感器模块3和机架4组成。
由图2示出驱动机构1由蜗杆11、蜗轮12、同步带轮13、同步带14和驱动轮15组成，驱动机构1采用单电机全驱动方式，三个驱动轮120度均匀布置，蜗杆12沿牵引机构中心轴线布置并固定在固定轮毂31上；三个蜗轮120度均匀安装在蜗杆12上；同步带轮13与蜗轮12同轴并安装在固定轮毂31上；同步带14连接同步带轮13和驱动轮15。外接电机将扭矩通过蜗杆11传递给三个蜗轮12，蜗轮12同时带动同步带轮13运动，通过同步带14将扭矩传递给驱动轮15，进而带动机构前进。
传感器模块3置于驱动机构1上由压力传感器构成，可以实时采集管壁对驱动轮的压力，经计算和分析后，可以控制外接电机，从而实现对驱动机构1和支撑机构2的反馈控制，即当压力传感器采集到的压力大于最大压力上限时，控制滚珠丝杠21运动使支撑机构2收缩避免压力负荷过大发生损坏；或当管径变大时，管壁对驱动轮15的压力会减小或消失，压力传感器将信号反馈并控制滚珠丝杠21运动使支撑机构2张开，以适应管径变化。
由图3示出支撑机构2由滚珠丝杠21、驱动轮毂22，四连杆机构23和柔性缓冲装置24组成。滚珠丝杠21沿牵引机构中心轴线布置在后板上32上；驱动轮毂22安装在滚珠丝杠21上，随着滚珠丝杠21的旋转前进或后退，导杆33穿过驱动轮毂22，使其周向相对固定；四连杆机构23与固定轮毂31和驱动轮毂22连接，并随着驱动轮毂22的前进或后退而运动；柔性缓冲装置24主要由弹簧构成。外接电机驱动滚珠丝杠21旋转，使其上的驱动轮毂22前进或后退，使四连杆机构23运动，从而使支撑机构2张开或收缩以适应管径变化。
由图4示出机架4由固定轮毂31、后板32和导轨33组成，机架将驱动机构1和支撑机构2组合成一个整体。

Claims (5)

1. 一种管道机器人牵引机构，主要由驱动机构（1）、支撑机构（2）、传感器模块（3）和机架（4）组成，其特征在于：驱动机构（1）由蜗杆（11）、蜗轮（12）、同步带轮（13）、同步带（14）和驱动轮（15）组成；支撑机构（2）由滚珠丝杠（21）、驱动轮毂（22），四连杆机构（23）、柔性缓冲装置（24）组成；传感器模块（3）由压力传感器组成；机架（4）由固定轮毂（31）、后板（32）和导轨（33）组成；传感器模块（3）置于驱动机构（1）上控制支撑机构（2）撑开或收缩，机架（4）将驱动机构（1）和支撑机构（2）组合成一个整体。
2.根据权利要求1所述的管道机器人牵引机构，其特征在于：所述的驱动机构（1）采用单电机全驱动方式，蜗杆（11）固定在固定轮毂上（31）；三个蜗轮（12）120o均匀安装在蜗杆（11）上；同步带轮（13）与蜗轮（12）同轴布置；同步带（14）连接同步带轮（13）和驱动轮（15）。
3.根据权利要求1所述的管道机器人牵引机构，其特征在于：所述的滚珠丝杠（21）固定在后板上（32）上；驱动轮毂（22）安装在滚珠丝杠（21）上并可以前进或后退，四连杆机构（23）与固定轮毂（31）和驱动轮毂（22）连接；柔性缓冲装置（24）由弹簧构成。
4.根据权利要求1所述的管道机器人牵引机构，其特征在于：所述的四连杆机构（23）上安装三组驱动轮(15)、同步带（14）和柔性缓冲装置（24），并以120o均匀布置。
5.根据权利要求1所述的管道机器人牵引机构，其特征在于：所述的导轨（33）连接固定轮毂（31）、驱动轮毂（22）和后板（32）。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130306