CN206854736U - 管道切割机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型专利提供了一种管道切割机器人，用于对非开挖翻转内衬修复技术中管道分支口处内衬管的切割，包括摄像机构(1)、切割机构(2)、驱动机构(3)；切割机构(2)安装于驱动机构(3)上，摄像机构(1)安装于切割机构(2)上，驱动机构(3)在管道内移动带动切割机构(2)与摄像机构(1)对内衬管进行视频检测与切割。是一种可以自动检测、精确度高、全方位切割的管道切割机器人。克服施工人员需进入管道内部对管道分支口的固化内衬软管进行切割处理的方法的不足，解决了切割刀具对切割轨迹的精准问题，提出了一种高效率、全方位视频检测与切割、高精度、便于操作的管道切割机器人。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械技术领域，具体为一种管道切割机器人。
背景技术
燃气管道非开挖翻转内衬修复的工艺流程：局部开挖小型工作坑，切开燃气管道，利用管道检测机器人完成管道的第一次内窥检测，然后对燃气管道内壁进行喷水清理，将燃气管道内部的污物清理干净。燃气管道清理之后再进行第二次内窥检测，检查是否存在比较尖锐的突起等缺陷，并对存在的缺陷进行打磨处理；然后再对燃气管道表面进行喷砂处理，利用大功率抽风机将喷砂处理后的碎屑清理干净。同时利用涂胶机将调配好的黏胶注入内衬管道，调节压辊的压力，使黏胶在软管内壁分布均匀，然后利用高压鼓式卷管器将涂胶后的软管卷起。利用软管压力固定头将燃气管道与高压鼓式内衬管道翻转***连接起来；利用大功率空气压缩机提供的高压气体完成内衬软管的翻转，翻转完成后保压一段时间，确保黏胶固化，使内衬软管与燃气管道完全贴合。利用管道切割机器人检测修复效果，并定位分支管接口的位置，并用管道切割机器人自带切割刀具将分支管口处的内衬管切开；最后焊接管线，回填工作坑。
城市燃气管道有很多分支，当用内衬管修复完成之后，这些分支接口处会被内衬管堵住，所以必须采取措施，将分支管接口处的内衬管切开。然而，管道切割机器人切割内衬管时对切割轨迹要求较高，以避免将非接口出的内衬管切掉。操作人员在外面远距离操控机器人实现精准切割内衬管是一大技术难点。
为解决管道分支口封堵问题，提高施工效率，设计一种自动检测、精确度高、全方位切割的管道切割机器人具有很大的意义。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是弥补现有技术的不足，提供一种管道切割机器人，是一种可以自动检测、精确度高、全方位切割的管道切割机器人。克服施工人员需进入管道内部对管道分支口的固化内衬软管进行切割处理的方法的不足，解决了切割刀具对切割轨迹的精准问题，提出了一种高效率、全方位视频检测与切割、高精度、便于操作的管道切割机器人。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种管道切割机器人，用于对非开挖翻转内衬修复技术中管道分支口处内衬管的切割，包括摄像机构1、切割机构2、驱动机构3；切割机构2安装于驱动机构3上，摄像机构1安装于切割机构2上，驱动机构3在管道内移动带动切割机构2与摄像机构1对内衬管进行视频检测与切割。
所述的摄像机构1包括：摄像头14、两个LED灯10、舵机17与摄像头支撑架18；
摄像头14安装于舵机17上，两个LED灯10对称安装于摄像头14两侧，舵机17安装于摄像头支撑架18上带动摄像头14与两个LED灯10旋转，摄像头支撑架18安装于切割机构2上。
所述的切割机构2包括：步进电机21、切割刀具24、刀具连接架22、刀具连接座23、直线移动模组25、旋转安装座26、旋转轴27、前压盖29与切割驱动装置；
切割刀具24通过刀具连接座23安装于步进电机21的步进电机输出轴50上，步进电机21安装于刀具连接架22上，刀具连接架22安装于直线移动模组25的移动部件上，直线移动模组25固定部件安装于旋转安装座26上，旋转安装座26安装于旋转轴27上，切割驱动装置安装于前压盖29上驱动旋转轴27旋转，前压盖29固定于驱动机构3前面。
所述的刀具连接座23包括连接套轴49、刀具挡片46、刀具定位轴套47、封装端盖40、过渡法兰48与两对深沟球轴承41；
连接套轴49内端直接安装步进电机于输出轴50上，外端通过刀具挡片46与刀具定位轴套47夹持安装切割刀具24；封装端盖40固定于刀具连接架22上，过渡法兰48与封装端盖40对扣，套于连接套轴49外，其间安装两对深沟球轴承41支撑连接套轴49。
所述的驱动机构3包括车箱5以及设于车箱5内的从动前轮组、主动驱动后轮组与行走驱动装置；
行走驱动装置由双向电机驱动，带动主动驱动后轮组前进与后退，从动前轮组随之前进与后退。
所述的从动前轮组与主动驱动后轮组的轮系包括车轮轴70与两个车轮61，两个车轮61安装于车轮轴70两端；
车轮61外包聚氨酯包胶，并在聚氨酯包胶上设计有一圈多个均布的轮胎纹；车轮61的轮毂设有多个均布的辐板，将轮毂分成多个三角形孔。
所述的车箱5两侧设有侧盖板4。
所述的车箱5两侧设有吊环孔或吊环。
由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的一种管道切割机器人，是一种可以自动检测、精确度高、全方位切割的管道切割机器人。克服施工人员需进入管道内部对管道分支口的固化内衬软管进行切割处理的方法的不足，解决了切割刀具对切割轨迹的精准问题，提出了一种高效率、全方位视频检测与切割、高精度、便于操作的管道切割机器人。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本实用新型实施例提供的管道切割机器人的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的管道切割机器人的摄像机构的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的管道切割机器人的切割机构的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的管道切割机器人的切割机构的刀具连接座的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的管道切割机器人的驱动机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述。
如图1所示，一种管道切割机器人，用于对非开挖翻转内衬修复技术中管道分支口处内衬管的切割，结构上具体包括摄像机构1、切割机构2、驱动机构3；切割机构2安装于驱动机构3上，摄像机构1安装于切割机构2上，驱动机构3在管道内移动带动切割机构2与摄像机构1对内衬管进行视频检测与切割。
如图2所示，所述的摄像机构1包括：摄像头14、两个LED灯10、舵机17与摄像头支撑架18；摄像头14安装于舵机17上，两个LED灯10对称安装于摄像头14两侧，舵机17安装于摄像头支撑架18上带动摄像头14与两个LED灯10旋转，摄像头支撑架18安装于切割机构2上。
具体的，所述的摄像模块1中，摄像头安装座前端盖6通过第一内六角圆柱头螺钉7与摄像头安装座13相连接，LED灯座盖9通过第二内六角圆柱头螺钉8与LED灯安装座11相连接，LED灯10固定于LED灯安装座11内部，LED灯安装座11通过第三内六角圆柱头螺钉12安装于摄像头安装座13的两侧，这样两个LED灯10就对称安装于摄像头14两侧了；摄像头安装座底板16通过第四内六角圆柱头螺钉15与摄像头安装座13相连接并将摄像头14固定于摄像头安装座13内部，舵机17与摄像头安装座底板16相连接，实现了摄像头14间接安装于舵机17上，舵机17与摄像头支撑架18相连接。舵机17可以带动摄像头安装座13旋转，具体控制可旋转270°。
本例中，摄像头安装座13由四块大小相同的2A12铝合金板块焊接制成，通过拧紧内第一六角圆柱头螺钉7使得摄像头安装座13与摄像头安装座前端盖6之间相互固定；摄像头安装座13左右两边的LED灯座盖9、第二内六角圆柱头螺钉8、LED灯安装座11、LED灯10、第三内六角圆柱头螺钉12均相同，通过拧紧第二内六角圆柱头螺钉8将LED灯10固定于LED灯安装座11内，第三内六角圆柱头螺钉12用于连接LED灯安装座11与摄像头安装座13，通过拧紧第四内六角圆柱头螺钉15将摄像头14固定于摄像头安装座13内。通过控制平台输出的指令打开LED灯10，在管道切割机器人进入管道内部的过程中，摄像头14起导航作用，引导引导管道切割机器人向管道分支口移动；在管道切割机器人对分支口处的内衬软管进行切割的过程中，摄像头14由舵机17控制可旋转270°对切割过程进行实时监控。
如图3所示，所述的切割机构2包括：步进电机21、切割刀具24、刀具连接架22、刀具连接座23、直线移动模组25、旋转安装座26、旋转轴27、前压盖29与切割驱动装置；切割刀具24通过刀具连接座23安装于步进电机21的步进电机输出轴50上，步进电机21安装于刀具连接架22上，刀具连接架22安装于直线移动模组25的移动部件上，直线移动模组25固定部件安装于旋转安装座26上，旋转安装座26安装于旋转轴27上，切割驱动装置安装于前压盖29上驱动旋转轴27旋转，前压盖29固定于驱动机构3前面。切割驱动装置具体包括伺服电机31与行星减速机30，行星减速机30安装于前压盖29上，行星减速机30的输出轴与旋转轴27连接驱动旋转轴27旋转，旋转轴27外套双列圆柱滚子轴承28，支撑旋转轴27。
具体的，伺服电机31与行星减速机30之间通过4个第五内六角圆柱头螺钉相连接，行星减速机30与压盖29之间通过4个第六内六角圆柱头螺钉相连接，通过拧紧6个第七内六角圆柱头螺钉将压盖29固定在驱动模块3的车箱5前面上，双列圆柱滚子轴承28的安装于车箱5前面的轴承孔中，其径向定位由车箱5保证，轴向定位由旋转轴27的轴肩、压盖29保证，双列圆柱滚子轴承28与旋转轴27之间的配合采用过渡配合，双列圆柱滚子轴承28与车箱5之间的配合采用间隙配合，旋转轴27与行星减速机30的输出轴之间采用平键传递扭矩，旋转轴27与旋转安装座26之间通过8个第八内六角圆柱头螺钉相连接，旋转安装座26与直线移动模组25的固定部件之间通过6个第九内六角圆柱头螺钉相连接直线移动模组25的移动部件与刀具连接架22、刀具连接架22与步进电机21、刀具连接架22与刀具连接座23均通过4个第十内六角圆柱头螺钉相连接。
切割模块2的旋转的力矩传递路线是：伺服电机31→行星减速机30→旋转轴27→旋转安装座26→直线移动模组25。
如图4所示，所述的刀具连接座23包括连接套轴49、刀具挡片46、刀具定位轴套47、封装端盖40、过渡法兰48与两对深沟球轴承41；连接套轴49内端直接安装于输出轴50上，外端通过刀具挡片46与刀具定位轴套47夹持安装切割刀具24；封装端盖40固定于刀具连接架22上，过渡法兰48与封装端盖40对扣，套于连接套轴49外，其间安装两对深沟球轴承41支撑连接套轴49。
具体的，第十一内六角圆柱头螺钉45与第一弹簧垫圈44相连接并与连接套轴49的螺纹相配合，切割刀具24由套第十一在内六角圆柱头螺钉45上的刀具挡片46和套在连接套轴49上的刀具定位轴套47定位固定；过渡法兰48通过第十二内六角圆柱头螺钉51、第二弹簧垫圈52与封装端盖40相连接，过渡法兰48内部的两对深沟球轴承41由轴承间支撑外套筒42与轴承间支撑内套筒43支撑，两对深沟球轴承41的径向定位由过渡法兰48保证，轴向定位由过渡法兰48、刀具定位轴套47、连接套轴49、封装端盖40之间的配合来保证；步进电机21的步进电机输出轴50通过内六角平端紧定螺钉53与连接套轴49相连接。切割旋转部分的扭矩传递路线为：步进电机21→连接套轴49→第十一内六角圆柱头螺钉45→切割刀具24。
如图5所示，所述的驱动机构3可以使用现有技术的结构，本例中，所述的驱动机构3包括车箱5以及设于车箱5内的从动前轮组、主动驱动后轮组与行走驱动装置；行走驱动装置由双向电机驱动，带动主动驱动后轮组前进与后退，从动前轮组随之前进与后退。
所述的从动前轮组与主动驱动后轮组的轮系包括车轮轴70与两个车轮61，两个车轮61安装于车轮轴70两端；车轮61外包聚氨酯包胶，并在聚氨酯包胶上设计有一圈多个均布的轮胎纹；车轮61的轮毂设有多个均布的辐板，将轮毂分成多个三角形孔。
具体的车轮61采用聚氨酯包胶轮，并在聚氨酯包胶上开一圈24处均布的轮胎纹。车轮61轮毂设有6个均布的辐板，形成6处均布的三角形孔，或开有6处均布的三角形沟槽以减轻整体机器人质量，端盖64通过内六角圆柱头螺钉63、弹簧垫圈62与驱动模块3的车箱相连接，车轮端盖64内部沟槽设置橡胶密封圈65，车轮套筒69套在车轮轴70上并与车轮端盖64对圆锥滚子轴承68进行轴向定位，圆锥滚子轴承68的径向定位由驱动模块3的车箱5保证。车轮61通过第十二内六角圆柱头螺钉67、轮子固定压盖66与车轮轴70相固定，四个车轮61结构均相同，车轮轴70与车轮61之间通过普通平键来传递扭矩。
所述的车箱5两侧设有侧盖板4。侧盖板4通过螺钉螺母分别固定车箱5两侧，车箱5上部还设有上盖，也就是车箱5是空的，用侧盖板4与上盖密封以减轻整体机器人质量。另外，所述的车箱5两侧设有吊环孔或吊环，用于吊装。并且在车箱5前端开走线孔为机器人控制***线路提供通道。
工作原理是：非开挖翻转内衬修复工程进行到涂有黏结剂的内衬软管翻转并贴合管道内壁时，经过一段时间的保温固化，将管道切割机器人放置于管道入口，通过控制平台打开LED灯10与摄像头14，并启动双向电机带动驱动轴旋转，驱动轴再通过普通平键传递动力至车轮，从而控制管道切割机器人的前进后退。在管道切割机器人行走的过程中，摄像头14把检测到的实时图像传输到控制平台。当发现图像中存在内衬软管存在凸出部分时，说明此处存在管道分支口，微调管道切割机器人，使切割刀具24对准凸出部位正下方，通过控制平台控制舵机17反向旋转，使摄像头14对准切割刀具24，实现对切割过程的实时监控。最后通过控制直线模组来控制切割刀具24的升降运动来切割不同管径的内衬软管。
本发明的优点在于，解决了施工人员需进入管道内部对管道分支口的固化内衬软管进行切割处理的问题，采用伺服电机驱动，摄像头模块检测，通过控制平台快速、全方位切割内衬软管，开通管道分支口，具有操作简便，效率高等特点。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种管道切割机器人，用于对非开挖翻转内衬修复技术中管道分支口处内衬管的切割，其特征在于：包括摄像机构(1)、切割机构(2)、驱动机构(3)；切割机构(2)安装于驱动机构(3)上，摄像机构(1)安装于切割机构(2)上，驱动机构(3)在管道内移动带动切割机构(2)与摄像机构(1)对内衬管进行视频检测与切割。
2.根据权利要求1所述的管道切割机器人，其特征在于，所述的摄像机构(1)包括：摄像头(14)、两个LED灯(10)、舵机(17)与摄像头支撑架(18)；
摄像头(14)安装于舵机(17)上，两个LED灯(10)对称安装于摄像头(14)两侧，舵机(17)安装于摄像头支撑架(18)上带动摄像头(14)与两个LED灯(10)旋转，摄像头支撑架(18)安装于切割机构(2)上。
3.根据权利要求1或2所述的管道切割机器人，其特征在于，所述的切割机构(2)包括：步进电机(21)、切割刀具(24)、刀具连接架(22)、刀具连接座(23)、直线移动模组(25)、旋转安装座(26)、旋转轴(27)、前压盖(29)与切割驱动装置；
切割刀具(24)通过刀具连接座(23)安装于步进电机(21)的步进电机输出轴(50)上，步进电机(21)安装于刀具连接架(22)上，刀具连接架(22)安装于直线移动模组(25)的移动部件上，直线移动模组(25)固定部件安装于旋转安装座(26)上，旋转安装座(26)安装于旋转轴(27)上，切割驱动装置安装于前压盖(29)上驱动旋转轴(27)旋转，前压盖(29)固定于驱动机构(3)前面。
4.根据权利要求3所述的管道切割机器人，其特征在于，所述的刀具连接座(23)包括连接套轴(49)、刀具挡片(46)、刀具定位轴套(47)、封装端盖(40)、过渡法兰(48)与两对深沟球轴承(41)；
连接套轴(49)内端直接安装步进电机于输出轴(50)上，外端通过刀具挡片(46)与刀具定位轴套(47)夹持安装切割刀具(24)；封装端盖(40)固定于刀具连接架(22)上，过渡法兰(48)与封装端盖(40)对扣，套于连接套轴(49)外，其间安装两对深沟球轴承(41)支撑连接套轴(49)。
5.根据权利要求1或2所述的管道切割机器人，其特征在于，所述的驱动机构(3)包括车箱(5)以及设于车箱(5)内的从动前轮组、主动驱动后轮组与行走驱动装置；
行走驱动装置由双向电机驱动，带动主动驱动后轮组前进与后退，从动前轮组随之前进与后退。
6.根据权利要求5所述的管道切割机器人，其特征在于，所述的从动前轮组与主动驱动后轮组的轮系包括车轮轴(70)与两个车轮(61)，两个车轮(61)安装于车轮轴(70)两端；
车轮(61)外包聚氨酯包胶，并在聚氨酯包胶上设计有一圈多个均布的轮胎纹；车轮(61)的轮毂设有多个均布的辐板，将轮毂分成多个三角形孔。
7.根据权利要求5所述的管道切割机器人，其特征在于，所述的车箱(5)两侧设有侧盖板(4)。
8.根据权利要求5所述的管道切割机器人，其特征在于，所述的车箱(5)两侧设有吊环孔或吊环。
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