[发明专利]一种单作用气动锁止式柔性管内机器人及其工作方法

说明书

本发明涉及一种单作用气动锁止式柔性管内机器人及其工作方法。本发明所述单作用气动锁止式柔性管内机器人，通过采用气管将动力源与后支撑机构连接，采用弹簧与气管的组合将前后支撑机构连接，极大地增强了机器人的柔性，使刚性单元(前支撑机构、后支撑机构)尺寸得到了很好的限制；更好的适应管道系统中弯道与分叉口的工作要求。

技术领域

本发明涉及一种单作用气动锁止式柔性管内机器人及其工作方法，属于管内机器人的技术领域。

背景技术

随着现代化工业技术的发展，各种粗细不均、蜿蜒迂回的管路大量存在于石油化工、制冷、核发电和居民日常生活等领域。管内机器人研究技术的发展为管道内部的检测与维修提供了新的途径。管道机器人研制的根本意义在于可以实现管道的穿缆、内窥检测及简单的疏通清理工作；以及改善当前疏通管道时工人恶劣的工作环境、降低工人的劳动强度、保障工人的人身安全和提高排水管道清理的效率。管内机器人也可应用于其他领域如:可以检测管道的老化、破裂、腐蚀和机械损伤、焊缝品质情况；可以在恶劣环境下进行管道的清扫、焊接、内部抛光等维护工作；应用于核反应堆的管道的清扫和维护工作,减少对工作人员的核伤害；以及应用于海洋和陆上油气输送管道方面检测和维护工作等。

虽然管内机器人领域已有许多研究成果，关于管内机器人进入管道内部进行检测与维修的成功案例也多见报道，但大部分仍仅适用于直管、或与管内机器人自身长度相比而言拐弯半径较大的管道环境。然而，实际的管道系统中并不仅仅存在着竖直与水平的直管，与之并存的还有许许多多的弯道与分岔口，这些弯道的存在将直管连接成为一个复杂的管道系统。现有技术中的管内机器人在通过管道弯曲部分时存在刚性单元尺寸大、与管道贴合不充分无法实现有效驱动、动力单元多且控制复杂、拖拽线缆过弯道而导致负载急剧上升等技术问题；无法很好的适应管道系统中弯道的工作要求；例如，中国专利CN105715905A公开了一种螺旋行走方式管内机器人，该机器人是采用螺旋行走方式解决管内机器人容易偏移或侧翻等问题；但是其整体结构依然为刚性结构，可能依然无法克服现有技术中的上述问题。

如何使管内机器人更好地适应弯曲管道工作，成为突破该领域瓶颈的关键所在。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种单作用气动锁止式柔性管内机器人。

本发明还提供一种上述柔性管内机器人的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种单作用气动锁止式柔性管内机器人，包括能源模块和通过伸缩机构连接的后支撑机构、前支撑机构；

所述能源模块包括电机、气囊和气泵；

所述后支撑机构包括第一圆锥台和设置在第一圆锥台圆周上的第一活塞；所述第一活塞的活塞杆连接有第一楔块；

所述伸缩机构包括伸缩弹簧及包覆在伸缩弹簧外侧的第二气管；

所述前支撑机构包括第二圆锥台和设置在第二圆锥台圆周上的第二活塞；所述第二活塞的活塞杆连接有第二楔块；

所述气泵依次通过第一气管、第一活塞的气缸、第二气管与第二活塞的气缸连通；第一活塞的气缸与第二气管之间设置有第一节气门；第二活塞的气缸与第二气管之间设置有第二节气门。

根据本发明优选的，所述能源模块还包括电池或无线能量传输模块。电池和无线能量传输模块为能源模块提供能量。

进一步优选的，所述电机、气泵和无线能量传输模块包裹在所述气囊内。以防在移动过程中与管壁发生刚性碰撞。

根据本发明优选的，所述后支撑机构包括三个第一活塞；三个第一活塞等间隔地设置在第一圆锥台的圆周上；所述前支撑机构包括三个第二活塞；三个第二活塞等间隔地设置在第二圆锥台的圆周上。