CN112303377A - 一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法 - Google Patents

一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112303377A
CN112303377A CN202011079406.5A CN202011079406A CN112303377A CN 112303377 A CN112303377 A CN 112303377A CN 202011079406 A CN202011079406 A CN 202011079406A CN 112303377 A CN112303377 A CN 112303377A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pipeline
spring
support frame
transmission unit
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011079406.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112303377B (zh
Inventor
方俐
钟芸
刘小辉
秦鸿
马海峰
唐热情
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Communications Planning Survey And Design Institute Co ltd
Original Assignee
Chongqing Communications Planning Survey And Design Institute Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Communications Planning Survey And Design Institute Co ltd filed Critical Chongqing Communications Planning Survey And Design Institute Co ltd
Priority to CN202011079406.5A priority Critical patent/CN112303377B/zh
Publication of CN112303377A publication Critical patent/CN112303377A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112303377B publication Critical patent/CN112303377B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28Constructional aspects
    • F16L55/30Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables
    • F16L55/32Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables being self-contained
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28Constructional aspects
    • F16L55/40Constructional aspects of the body
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L2101/00Uses or applications of pigs or moles
    • F16L2101/10Treating the inside of pipes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L2101/00Uses or applications of pigs or moles
    • F16L2101/10Treating the inside of pipes
    • F16L2101/12Cleaning
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L2101/00Uses or applications of pigs or moles
    • F16L2101/30Inspecting, measuring or testing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法,所述管道柔性机器人包括驱动控制装置和柔性传动组件,驱动控制装置包括驱动机构、管道探测传感器和控制器,驱动机构、管道探测传感器与控制器电连接,柔性传动组件包括n个传动单元和n‑1个板簧,相邻两个传动单元通过一个板簧连接,第一个传动单元的前端能安装机器人执行器件,第n个传动单元的后端与驱动机构连接;管道探测传感器将探测的管道弯曲情况发送给控制器,控制器根据管道弯曲情况控制驱动机构驱动柔性传动组件在管道内弯曲摆动,进而实现管道柔性机器人在管道内的移动。

Description

一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法
技术领域
本发明属于柔性机器人领域,具体涉及一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法。
背景技术
在管道清理和诊断过程中,需要在不破坏管道的情况下实现管道内部的缺陷修复和清理,然而由于管路设计的复杂度,其弯曲形状给管道清理工具带来了困难。当今市面上存在的管道清理机器人多数能胜任直线管道的维护和清理工作,而对于弯曲形状的管道而言就显得力不从心。由于在核电、军工和日常生活中管道是不可获缺的输送介质结构,因此能随管道的路线柔性调节的机器人装置就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法,以实现其在管道内的移动。
本发明所述的管道柔性机器人,包括驱动控制装置和柔性传动组件,所述驱动控制装置包括驱动机构、管道探测传感器和控制器,驱动机构、管道探测传感器与控制器电连接,所述柔性传动组件包括n个传动单元和n-1个板簧,相邻两个传动单元通过一个板簧连接,第一个传动单元的前端能安装机器人执行器件,第n个传动单元的后端与驱动机构连接;管道探测传感器将探测的管道弯曲情况发送给控制器,控制器根据管道弯曲情况控制驱动机构驱动柔性传动组件在管道内移动,进而实现管道柔性机器人在管道内的移动。
优选的,所述驱动机构包括驱动支撑架、四个电动卷扬机和四根绳索,驱动支撑架的中心开设有第一过线孔,驱动支撑架的边缘安装有呈十字形分布的四个第一滑轮,四个电动卷扬机安装在驱动支撑架的后端面且分别与四个第一滑轮对应(即四个第一滑轮与驱动支撑架的中心的连线分别过四个电动卷扬机)。
所述每个传动单元都包括球形万向轴承、传动支撑架、四个第二滑轮和八根弹簧,球形万向轴承包括轴承外圈、保持架、四颗滚珠、第一滚珠挡板、第二滚珠挡板和前后两端具有安装平面的空心球体,空心球体上具有沿经线方向设置的多条滚道,第一滚珠挡板的中心开设有第二过线孔、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第一连接孔,第二滚珠挡板的中心开设有第三过线孔、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第二连接孔,轴承外圈的边缘设置有呈十字形分布的四个滑轮安装座,每个滑轮安装座的后端面开设有一个弹簧第三连接孔、前端面开设有一个弹簧第四连接孔,四个第二滑轮分别安装在四个滑轮安装座内,空心球体的前端与第二滚珠挡板固定连接、后端与第一滚珠挡板固定连接,保持架套在空心球体上,轴承外圈固定安装在保持架上,四颗滚珠分别位于呈十字形分布的四条滚道与保持架之间,四个弹簧第一连接孔、四个弹簧第二连接孔、四个弹簧第三连接孔、四个弹簧第四连接孔分别对应且与四颗滚珠所处的四条滚道对应,其中四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第一连接孔内、另一端分别勾挂在四个弹簧第三连接孔内,另外四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第二连接孔内、另一端分别勾挂在四个弹簧第四连接孔内,四颗滚珠能在四条滚道内滑动,使轴承外圈和保持架能相对于空心球体在前后方向摆动;所述传动支撑架的中心开设有第四过线孔,传动支撑架的边缘安装有呈十字形分布的四个第三滑轮,传动支撑架的后端与第二滚珠挡板固定连接,四个第三滑轮分别与四个第二滑轮对应。
第一个传动单元的传动支撑架的前端安装机器人执行器件,第二个传动单元至第n个传动单元的传动支撑架的前端分别与n-1个板簧的一端固定连接,n-1个板簧的另一端分别与第一个传动单元至第n-1个传动单元的第一滚珠挡板固定连接,第n个传动单元的第一滚珠挡板与所述驱动支撑架固定连接。
四根绳索的一部分分别卷绕在四个电动卷扬机上,四根绳索的另一部分分别沿着所述四个第一滑轮的外侧、4n个第二滑轮的内侧、4n个第三滑轮的外侧而延伸至第一个传动单元的传动支撑架的前端面固定。机器人执行器件以及管道探测传感器、控制器、电动卷扬机的电信号线放置于第一、第二、第三过线孔以及空心球体围成的空间内。
优选的,所述第一滚珠挡板上均匀设置有四个挡板卡块,所述驱动支撑架的前端面设置有驱动安装台,驱动安装台上均匀开设有四个卡槽,四个挡板卡块分别与四个卡槽卡接,使第n个传动单元的第一滚珠挡板与驱动支撑架固定连接;所述传动支撑架的前端面设置有第二安装凸台,第二安装凸台上均匀设置有四个凸台卡块,第一个传动单元的传动支撑架通过四个凸台卡块安装机器人执行器件。
优选的,所述第一滚珠挡板上开设有一圈螺钉孔,所述第二滚珠挡板上开设有两圈螺钉孔,所述空心球体的前端面、后端面都开设有一圈螺钉孔,所述传动支撑架的后端面设置有第一安装凸台,第一安装凸台上开设有一圈螺钉孔,空心球体的后端与第一滚珠挡板通过螺钉连接,空心球体的前端与第二滚珠挡板通过螺钉连接,第二滚珠挡板与第一安装凸台通过螺钉连接,第二个传动单元至第n个传动单元的传动支撑架通过凸台卡块与板簧的一端卡接,第一个传动单元至第n-1个传动单元的第一滚珠挡板通过挡板卡块与板簧的另一端卡接。
优选的,所述传动支撑架的前端面设置有呈十字形分布的四个绳索固定块,所述的四根绳索的另一端分别固定在四个绳索固定块上。
上述管道柔性机器人在管道内移动时的控制方法为:
控制器根据管道弯曲情况进行判断:如果需要向上弯曲移动,则控制器控制位于上方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索,同时控制位于下方的一个电动卷扬机放松对应的绳索;如果需要向下弯曲移动,则控制器控制位于下方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索,同时控制位于上方的一个电动卷扬机放松对应的绳索;如果需要向左弯曲移动,则控制器控制位于左方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索,同时控制位于右方的一个电动卷扬机放松对应的绳索;如果需要向右弯曲移动,则控制器控制位于右方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索,同时控制位于左方的一个电动卷扬机放松对应的绳索。
其工作原理为:
控制器控制位于上方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索且控制位于下方的一个电动卷扬机放松对应的绳索时,位于上方的滚珠和位于下方的滚珠分别沿着滚道运动,位于上方的两根弹簧一根被拉伸、一根被压缩,位于下方的两根弹簧一根被压缩、一根被拉伸,轴承外圈和保持架的上侧相对于空心球体向后摆,轴承外圈和保持架的下侧相对于空心球体向前摆,板簧上侧被压缩、下侧被拉伸,管道柔性机器人向上弯曲;而后控制器控制位于下方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索且控制位于上方的一个电动卷扬机放松对应的绳索时,位于上方的滚珠和位于下方的滚珠分别沿着滚道运动,位于上方的两根弹簧一根被压缩、一根被拉伸,位于下方的两根弹簧一根被拉伸、一根被压缩,轴承外圈和保持架的上侧相对于空心球体向前摆,轴承外圈和保持架的下侧相对于空心球体向后摆,板簧上侧被拉伸、下侧被压缩,管道柔性机器人向下弯曲;重复此过程,实现管道柔性机器人在管道内的移动。
控制器控制位于左方的一个电动卷扬机收紧对应的绳索且控制位于右方的一个电动卷扬机放松对应的绳索时,位于左方的滚珠和位于右方的滚珠分别沿着滚道运动,位于左方的两根弹簧一根被拉伸、一根被压缩,位于右方的两根弹簧一根被压缩、一根被拉伸,轴承外圈和保持架的左侧相对于空心球体向后摆,轴承外圈和保持架的右侧相对于空心球体向前摆,板簧左侧被压缩、右侧被拉伸,管道柔性机器人向左弯曲;而后控制器控制位于右方的一个电动卷扬机收紧绳索且控制位于左方的一个电动卷扬机放松绳索时,位于右方的滚珠和位于左方的滚珠分别沿着滚道运动,位于左方的两根弹簧一根被压缩、一根被拉伸,位于右方的两根弹簧一根被拉伸、一根被压缩,轴承外圈和保持架的左侧相对于空心球体向前摆,轴承外圈和保持架的右侧相对于空心球体向后摆,板簧左侧被拉伸、右侧被压缩,管道柔性机器人向右弯曲;重复此过程,实现管道柔性机器人在管道内的移动。
本发明具有如下效果:
(1)由轴承外圈和保持架配合四颗滚珠,在空心球体的四条滚道内运动,并配合八根弹簧,实现了轴承外圈和保持架相对于空心球体在前后方向的摆动,配合板簧和驱动机构实现了管道柔性机器人在管道内的移动,能通过弯曲管道。
(2)柔性传动组件包括n个传动单元和n-1个板簧,可以根据实际需求设计n的取值,进而增长或者缩短机器人结构,实现多关节的弯曲驱动,能较好的适应不同类型的管道。
(3)机器人执行器件安装在首端,驱动机构安装在末端,安装方便,电信号线通过过线孔走线,走线方便。
附图说明
图1为本实施例中管道柔性机器人的结构示意图。
图2为本实施例中未安装绳索时管道柔性机器人的部分结构示意图。
图3为本实施例中的驱动机构的结构示意图。
图4为本实施例中传动支撑架的结构示意图。
图5为本实施例中球形万向轴承配合弹簧的轴测图之一。
图6为本实施例中球形万向轴承配合弹簧的轴测图之二。
图7为本实施例中球形万向轴承的部分结构示意图。
图8为本实施例中管道柔性机器人在管道内移动时的控制方法流程图。
具体实施方式
如图1至图7所示的管道柔性机器人,包括驱动控制装置和柔性传动组件,驱动控制装置包括驱动机构、管道探测传感器(图中未示出)和控制器(图中未示出)。
驱动机构包括驱动支撑架1、四个电动卷扬机2、四根绳索3和四个第一滑轮4,驱动支撑架1的前端面设置有驱动安装台13,驱动安装台13上均匀开设有四个卡槽,驱动支撑架1的中心开设有第一过线孔11,驱动支撑架1的边缘设置有呈十字形分布的四个第一滑轮安装槽12(即四个第一滑轮安装槽12间隔90°分布),四个第一滑轮4分别安装在四个第一滑轮安装槽12内,四个电动卷扬机2安装在驱动支撑架1的后端面且分别与四个第一滑轮4对应(即四个第一滑轮4与驱动支撑架1的中心的连线分别过四个电动卷扬机2);管道探测传感器和四个电动卷扬机2与控制器电连接。
柔性传动组件包括3个传动单元和2个板簧9。每个传动单元都包括球形万向轴承5、传动支撑架6、四个第二滑轮7、四个第三滑轮8和八根弹簧10,球形万向轴承5包括轴承外圈51、保持架52、四颗滚珠53、第一滚珠挡板55、第二滚珠挡板56和前后两端具有安装平面且安装平面上开设有一圈螺钉孔的空心球体54,空心球体54上具有沿经线方向设置的多条滚道541,第一滚珠挡板55的中心开设有第二过线孔551,第一滚珠挡板55的边缘设置有呈十字形分布(即间隔90°分布)的四个弹簧第一连接孔552,第一滚珠挡板55的表面开设有一圈螺钉孔,且均有设置有四个挡板卡块58,第二滚珠挡板56的中心开设有第三过线孔561,第二滚珠挡板56的边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第二连接孔562,第二滚珠挡板56的表面开设有两圈螺钉孔,轴承外圈51的边缘设置有呈十字形分布的四个滑轮安装座511,每个滑轮安装座511的后端面开设有一个弹簧第三连接孔512、前端面开设有一个弹簧第四连接孔513,四个第二滑轮7分别安装在四个滑轮安装座511内,空心球体54的前端与第二滚珠挡板56通过螺钉固定连接,空心球体54的后端与第一滚珠挡板55通过螺钉固定连接,保持架52套在空心球体54上,轴承外圈51固定安装在保持架52上,四颗滚珠53分别位于呈十字形分布(即间隔90°分布)的四条滚道541与保持架52之间,四个弹簧第一连接孔552、四个弹簧第二连接孔562、四个弹簧第三连接孔512、四个弹簧第四连接孔513、四个第二滑轮7分别对应且与四颗滚珠53所处的四条滚道541对应,其中四根弹簧10的一端分别勾挂在四个弹簧第一连接孔552内、另一端分别勾挂在四个弹簧第三连接孔512内,另外四根弹簧10的一端分别勾挂在四个弹簧第二连接孔562内、另一端分别勾挂在四个弹簧第四连接孔513内,四颗滚珠53能在四条滚道541内滑动,使轴承外圈51和保持架52能相对于空心球体54在前后方向摆动。传动支撑架6的中心开设有第四过线孔61,传动支撑架6的边缘设置有呈十字形分布的四个第三滑轮安装槽66,四个第三滑轮8分别安装在四个第三滑轮安装槽66内,与四个第二滑轮7对应;传动支撑架6的前端面设置有第二安装凸台63和呈十字形分布的四个绳索固定块65,第二安装凸台63上均匀设置有四个凸台卡块64,传动支撑架6的后端面设置有第一安装凸台62,第一安装凸台62上开设有一圈螺钉孔,第二滚珠挡板56与第一安装凸台62通过螺钉固定连接。
第一个传动单元的传动支撑架6的前端通过四个凸台卡块64安装机器人执行器件(图中未示出),第二个传动单元的传动支撑架6的前端和第三个传动单元的传动支撑架6的前端分别通过四个凸台卡块64与板簧9的后端卡接固定,2个板簧9的前端分别与第一个传动单元的第一滚珠挡板55的四个挡板卡块58和第二个传动单元的第一滚珠挡板55的四个挡板卡块58卡接固定,第三个传动单元的第一滚珠挡板55通过四个挡板卡块58分与四个卡槽的卡接而与驱动支撑架1固定连接。
四根绳索3的一部分分别卷绕在四个电动卷扬机2上,四根绳索3的另一部分分别沿着四个第一滑轮4的外侧、四个第二滑轮7的内侧、四个第三滑轮8的外侧、四个第二滑轮7的内侧、四个第三滑轮8的外侧、四个第二滑轮7的内侧、四个第三滑轮8的外侧而延伸至四个绳索固定块65上固定。管道探测传感器和控制器可以安装在机器人执行器件上,也可以安装在第一、第二、第三过线孔以及空心球体围成的空间内,机器人执行器件以及管道探测传感器、控制器、电动卷扬机的电信号线放置于第一、第二、第三过线孔以及空心球体围成的空间内。
管道探测传感器将探测的管道弯曲情况发送给控制器,控制器根据管道弯曲情况控制驱动机构驱动柔性传动组件在管道内移动。如图8所示,上述管道柔性机器人在管道内移动时的控制方法为:
控制器根据管道弯曲情况进行判断:如果需要向上弯曲移动,则控制器控制位于上方的一个电动卷扬机2收紧对应的绳索3,同时控制位于下方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3;如果需要向下弯曲移动,则控制器控制位于下方的一个电动卷扬机2收紧对应的绳索3,同时控制位于上方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3;如果需要向左弯曲移动,则控制器控制位于左方的一个电动卷扬机2收紧对应的绳索3,同时控制位于右方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3;如果需要向右弯曲移动,则控制器控制位于右方的一个电动卷扬机2收紧对应的绳索3,同时控制位于左方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3。
其工作原理为:
控制器控制位于上方的一个电动卷扬机2收紧对应的绳索3且控制位于下方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3时,位于上方的滚珠53和位于下方的滚珠53分别沿着滚道541运动,位于上方的两根弹簧10一根被拉伸、一根被压缩,位于下方的两根弹簧10一根被压缩、一根被拉伸,轴承外圈51和保持架52的上侧相对于空心球体54向后摆,轴承外圈51和保持架52的下侧相对于空心球体54向前摆,板簧9上侧被压缩、下侧被拉伸,管道柔性机器人向上弯曲;而后控制器控制位于下方的一个电动卷扬机收紧2对应的绳索3且控制位于上方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3时,位于上方的滚珠53和位于下方的滚珠53分别沿着滚道541运动,位于上方的两根弹簧10一根被压缩、一根被拉伸,位于下方的两根弹簧10一根被拉伸、一根被压缩,轴承外圈51和保持架52的上侧相对于空心球体54向前摆,轴承外圈21和保持架52的下侧相对于空心球体54向后摆,板簧9上侧被拉伸、下侧被压缩,管道柔性机器人向下弯曲;重复此过程,实现管道柔性机器人在管道内的移动。
控制器控制位于左方的一个电动卷扬机2收紧对应的绳索3且控制位于右方的一个电动卷扬机2放松对应的绳索3时,位于左方的滚珠53和位于右方的滚珠53分别沿着滚道54运动,位于左方的两根弹簧10一根被拉伸、一根被压缩,位于右方的两根弹簧10一根被压缩、一根被拉伸,轴承外圈51和保持架52的左侧相对于空心球体54向后摆,轴承外圈51和保持架52的右侧相对于空心球体54向前摆,板簧9左侧被压缩、右侧被拉伸,管道柔性机器人向左弯曲;而后控制器控制位于右方的一个电动卷扬机2收紧绳索3且控制位于左方的一个电动卷扬机2放松绳索3时,位于右方的滚珠53和位于左方的滚珠53分别沿着滚道541运动,位于左方的两根弹簧10一根被压缩、一根被拉伸,位于右方的两根弹簧10一根被拉伸、一根被压缩,轴承外圈51和保持架52的左侧相对于空心球体54向前摆,轴承外圈51和保持架52的右侧相对于空心球体54向后摆,板簧9左侧被拉伸、右侧被压缩,管道柔性机器人向右弯曲;重复此过程,实现管道柔性机器人在管道内的移动。

Claims (6)

1.一种管道柔性机器人,包括驱动控制装置和柔性传动组件,其特征在于:所述驱动控制装置包括驱动机构、管道探测传感器和控制器,驱动机构、管道探测传感器与控制器电连接,所述柔性传动组件包括n个传动单元和n-1个板簧(9),相邻两个传动单元通过一个板簧连接,第一个传动单元的前端能安装机器人执行器件,第n个传动单元的后端与驱动机构连接;管道探测传感器将探测的管道弯曲情况发送给控制器,控制器根据管道弯曲情况控制驱动机构驱动柔性传动组件在管道内移动。
2.根据权利要求1所述的管道柔性机器人,其特征在于:
所述驱动机构包括驱动支撑架(1)、四个电动卷扬机(2)和四根绳索(3),驱动支撑架(1)的中心开设有第一过线孔(11),驱动支撑架(1)的边缘安装有呈十字形分布的四个第一滑轮(4),四个电动卷扬机(2)安装在驱动支撑架(1)的后端面且分别与四个第一滑轮(4)对应;
所述每个传动单元都包括球形万向轴承(5)、传动支撑架(6)、四个第二滑轮(7)和八根弹簧(10),球形万向轴承(5)包括轴承外圈(51)、保持架(52)、四颗滚珠(53)、第一滚珠挡板(55)、第二滚珠挡板(56)和前后两端具有安装平面的空心球体(54),空心球体(54)上具有沿经线方向设置的多条滚道(541),第一滚珠挡板(55)的中心开设有第二过线孔(551)、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第一连接孔(552),第二滚珠挡板(56)的中心开设有第三过线孔(561)、边缘设置有呈十字形分布的四个弹簧第二连接孔(562),轴承外圈(51)的边缘设置有呈十字形分布的四个滑轮安装座(511),每个滑轮安装座(511)的后端面开设有一个弹簧第三连接孔(512)、前端面开设有一个弹簧第四连接孔(513),四个第二滑轮(7)分别安装在四个滑轮安装座内,空心球体(54)的前端与第二滚珠挡板(56)固定连接、后端与第一滚珠挡板(55)固定连接,保持架(52)套在空心球体(54)上,轴承外圈(51)固定安装在保持架上,四颗滚珠(53)分别位于呈十字形分布的四条滚道与保持架之间,四个弹簧第一连接孔(552)、四个弹簧第二连接孔(562)、四个弹簧第三连接孔(512)、四个弹簧第四连接孔(513)分别对应且与四颗滚珠所处的四条滚道对应,其中四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第一连接孔(552)内、另一端分别勾挂在四个弹簧第三连接孔(512)内,另外四根弹簧的一端分别勾挂在四个弹簧第二连接孔(562)内、另一端分别勾挂在四个弹簧第四连接孔(513)内,四颗滚珠能在四条滚道内滑动,使轴承外圈(51)和保持架(52)能相对于空心球体(54)在前后方向摆动;所述传动支撑架(6)的中心开设有第四过线孔(61),传动支撑架(6)的边缘安装有呈十字形分布的四个第三滑轮(8),传动支撑架(6)的后端与第二滚珠挡板(56)固定连接,四个第三滑轮(8)分别与四个第二滑轮(7)对应;
第一个传动单元的传动支撑架(6)的前端安装机器人执行器件,第二个传动单元至第n个传动单元的传动支撑架的前端分别与n-1个板簧(9)的一端固定连接,n-1个板簧(9)的另一端分别与第一个传动单元至第n-1个传动单元的第一滚珠挡板(55)固定连接,第n个传动单元的第一滚珠挡板(55)与所述驱动支撑架(1)固定连接;
四根绳索(3)的一部分分别卷绕在四个电动卷扬机(2)上,四根绳索(3)的另一部分分别沿着所述四个第一滑轮(4)的外侧、4n个第二滑轮(7)的内侧、4n个第三滑轮(8)的外侧而延伸至第一个传动单元的传动支撑架(6)的前端面固定。
3.根据权利要求2所述的管道柔性机器人,其特征在于:所述第一滚珠挡板(55)上均匀设置有四个挡板卡块(58),所述驱动支撑架(1)的前端面设置有驱动安装台(13),驱动安装台(13)上均匀开设有四个卡槽,四个挡板卡块(58)分别与四个卡槽卡接,使第n个传动单元的第一滚珠挡板(55)与驱动支撑架(1)固定连接;所述传动支撑架(6)的前端面设置有第二安装凸台(63),第二安装凸台(63)上均匀设置有四个凸台卡块(64),第一个传动单元的传动支撑架(6)通过四个凸台卡块(64)安装机器人执行器件。
4.根据权利要求3所述的管道柔性机器人,其特征在于:所述第一滚珠挡板(55)上开设有一圈螺钉孔,所述第二滚珠挡板(56)上开设有两圈螺钉孔,所述空心球体(54)的前端面、后端面都开设有一圈螺钉孔,所述传动支撑架(6)的后端面设置有第一安装凸台(62),第一安装凸台(62)上开设有一圈螺钉孔,空心球体(54)的后端与第一滚珠挡板(55)通过螺钉连接,空心球体(54)的前端与第二滚珠挡板(56)通过螺钉连接,第二滚珠挡板(56)与第一安装凸台(62)通过螺钉连接,第二个传动单元至第n个传动单元的传动支撑架(6)通过凸台卡块(64)与板簧(9)的一端卡接,第一个传动单元至第n-1个传动单元的第一滚珠挡板(55)通过挡板卡块(58)与板簧(9)的另一端卡接。
5.根据权利要求2至3任一项所述的管道柔性机器人,其特征在于:所述传动支撑架(6)的前端面设置有呈十字形分布的四个绳索固定块(65),所述的四根绳索(3)的另一端分别固定在四个绳索固定块上。
6.一种如权利要求2至5任一项所述的管道柔性机器人在管道内移动时的控制方法,其特征在于,该方法为:
控制器根据管道弯曲情况进行判断:如果需要向上弯曲移动,则控制器控制位于上方的一个电动卷扬机(2)收紧对应的绳索,同时控制位于下方的一个电动卷扬机放松对应的绳索;如果需要向下弯曲移动,则控制器控制位于下方的一个电动卷扬机(2)收紧对应的绳索,同时控制位于上方的一个电动卷扬机放松对应的绳索;如果需要向左弯曲移动,则控制器控制位于左方的一个电动卷扬机(2)收紧对应的绳索,同时控制位于右方的一个电动卷扬机放松对应的绳索;如果需要向右弯曲移动,则控制器控制位于右方的一个电动卷扬机(2)收紧对应的绳索,同时控制位于左方的一个电动卷扬机放松对应的绳索。
CN202011079406.5A 2020-10-10 2020-10-10 一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法 Active CN112303377B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011079406.5A CN112303377B (zh) 2020-10-10 2020-10-10 一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011079406.5A CN112303377B (zh) 2020-10-10 2020-10-10 一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112303377A true CN112303377A (zh) 2021-02-02
CN112303377B CN112303377B (zh) 2022-04-01

Family

ID=74489573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011079406.5A Active CN112303377B (zh) 2020-10-10 2020-10-10 一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112303377B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113932090A (zh) * 2021-10-21 2022-01-14 杭州赫恩数字技术有限公司 一种测绘机器人
CN114278808A (zh) * 2021-12-15 2022-04-05 安徽大学绿色产业创新研究院 一种基于球形关节的变刚度管道检测机器人
CN114713986A (zh) * 2022-06-08 2022-07-08 中铁城建集团第一工程有限公司 一种钢管内自动焊接设备

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090101337A1 (en) * 2007-10-18 2009-04-23 Neidhardt Deitmar J Method and apparatus for detecting defects in oilfield tubulars
CN101435522A (zh) * 2008-12-16 2009-05-20 安徽工程科技学院 一种管道行走机器人及其控制方法
CN202568432U (zh) * 2012-05-09 2012-12-05 上海理工大学 一种用于多自由度传动的致弯机构
CN105020537A (zh) * 2015-07-05 2015-11-04 北京工业大学 管道无损检测机器人
CN105953027A (zh) * 2016-03-15 2016-09-21 东北电力大学 一种基于柔性轴驱动的微型管道机器人
CN106151769A (zh) * 2015-04-27 2016-11-23 西安文理学院 一种蠕动式管道柔性机器人牵引机构
CN107084297A (zh) * 2017-06-23 2017-08-22 江苏科技大学 一种柔性自驱动螺旋管道机器人
CN107191736A (zh) * 2017-05-27 2017-09-22 燕山大学 四驱动管道柔性爬行机器人
CN206637183U (zh) * 2017-03-30 2017-11-14 燕山大学 一种转向可控的变径管道机器人
CN107504319A (zh) * 2017-07-20 2017-12-22 西安理工大学 一种螺旋式驱动管道机器人
CN108006367A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 陕西蓝法电子智能科技有限公司 114管径管道内窥检测机器人
US20180266616A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Titan CMP Solutions LLC Nondestructive pipe refurbishment in confined spaces
CN110397820A (zh) * 2019-08-05 2019-11-01 南京师范大学中北学院 一种多节式螺旋双驱动可变径管道检测机器人
CN110966482A (zh) * 2019-12-06 2020-04-07 中国科学院深圳先进技术研究院 一种管道机器人

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090101337A1 (en) * 2007-10-18 2009-04-23 Neidhardt Deitmar J Method and apparatus for detecting defects in oilfield tubulars
CN101435522A (zh) * 2008-12-16 2009-05-20 安徽工程科技学院 一种管道行走机器人及其控制方法
CN202568432U (zh) * 2012-05-09 2012-12-05 上海理工大学 一种用于多自由度传动的致弯机构
CN106151769A (zh) * 2015-04-27 2016-11-23 西安文理学院 一种蠕动式管道柔性机器人牵引机构
CN105020537A (zh) * 2015-07-05 2015-11-04 北京工业大学 管道无损检测机器人
CN105953027A (zh) * 2016-03-15 2016-09-21 东北电力大学 一种基于柔性轴驱动的微型管道机器人
US20180266616A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Titan CMP Solutions LLC Nondestructive pipe refurbishment in confined spaces
CN206637183U (zh) * 2017-03-30 2017-11-14 燕山大学 一种转向可控的变径管道机器人
CN107191736A (zh) * 2017-05-27 2017-09-22 燕山大学 四驱动管道柔性爬行机器人
CN107084297A (zh) * 2017-06-23 2017-08-22 江苏科技大学 一种柔性自驱动螺旋管道机器人
CN107504319A (zh) * 2017-07-20 2017-12-22 西安理工大学 一种螺旋式驱动管道机器人
CN108006367A (zh) * 2017-12-29 2018-05-08 陕西蓝法电子智能科技有限公司 114管径管道内窥检测机器人
CN110397820A (zh) * 2019-08-05 2019-11-01 南京师范大学中北学院 一种多节式螺旋双驱动可变径管道检测机器人
CN110966482A (zh) * 2019-12-06 2020-04-07 中国科学院深圳先进技术研究院 一种管道机器人

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈还: "驱动轮转向可控管道机器人的设计与运动分析", 《合肥工业大学学报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113932090A (zh) * 2021-10-21 2022-01-14 杭州赫恩数字技术有限公司 一种测绘机器人
CN113932090B (zh) * 2021-10-21 2023-12-12 杭州赫恩数字技术有限公司 一种测绘机器人
CN114278808A (zh) * 2021-12-15 2022-04-05 安徽大学绿色产业创新研究院 一种基于球形关节的变刚度管道检测机器人
CN114278808B (zh) * 2021-12-15 2022-07-15 安徽大学绿色产业创新研究院 一种基于球形关节的变刚度管道检测机器人
CN114713986A (zh) * 2022-06-08 2022-07-08 中铁城建集团第一工程有限公司 一种钢管内自动焊接设备
CN114713986B (zh) * 2022-06-08 2022-08-19 中铁城建集团第一工程有限公司 一种钢管内自动焊接设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN112303377B (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112303377B (zh) 一种管道柔性机器人及其在管道内移动时的控制方法
CN109176587B (zh) 一种基于涡卷弹簧的多指柔性机械手
CN110315511B (zh) 一种采用被动弹簧张紧的索驱动并联分拣机器人
CN213333083U (zh) 一种管道柔性机器人的移动装置
CN110757495A (zh) 一种矿石抓取机械手
CN113702034B (zh) 一种推拉钢索疲劳试验装置
CN1256189A (zh) 气动蠕动式缆索机器人
CN218082707U (zh) 一种柔性变刚度机械手的驱动装置
CN112959313A (zh) 一种基于旋转式快换机构的绳驱机器人
CN117001473A (zh) 一种盒体工件柔性打磨抛光方法及工作站
CN215756184U (zh) 一种机器人装车升降装置
CN109202937B (zh) 模块化多关节线控机器人
CN209349792U (zh) 一种摩天轮式钢丝绳环自动焊接装置
CN116754480B (zh) 一种基于机器视觉的喷丸覆盖率检测用固定机构
CN216759104U (zh) 一种安全高效的机床上下料用机器人
CN109514165A (zh) 一种摩天轮式钢丝绳环自动焊接装置
CN220886051U (zh) 一种大型轴承内外圈搬运自适应夹具
CN110450186A (zh) 一种用于机械制造的机械夹爪
CN115401680B (zh) 一种分布式扭绳驱动的连续型柔性机械臂
CN213265378U (zh) 一种板件起重机机械手
CN212443960U (zh) 一种无限回转顶升工作平台
CN2863267Y (zh) 高架龙门式喷枪移动装置
CN209024086U (zh) 一种吊装机
CN115582826B (zh) 一种基于线驱动的超冗余度模块化机械臂
CN216464272U (zh) 一种汽车缓冲横梁装置中吸能盒总成的装配夹具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 401121 No. 17, fufu Avenue, Yubei District, Chongqing

Applicant after: China Railway Changjiang Transportation Design Group Co.,Ltd.

Address before: 401121 building C, Fortune 2, No.17, fortune Avenue, Yubei District, Chongqing

Applicant before: Chongqing communications planning, survey and Design Institute Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant