[发明专利]步伐行走式管道清洗机器人

说明书

技术领域

本发明涉及管道污垢清洗机械领域，特指一种步伐行走式管道清洗机器人。

背景技术

管道清洗机器人是实现管道内壁除垢机械化和自动化的工具，用于清除输油、输水、天然气等管线的油垢、结蜡、水垢等，解决人工清洗方式费时费力的难题，既能提高劳动效率、保证质量，又能节省成本。管道机器人的驱动和行走机构设计是其关键技术，现有驱动方式分为三种：自带动力源、利用流体压力和管外推力，行走机构有轮式、脚式、蠕动式等。如我国实用新型专利CN2734434“管道清洗机器人”，采用履带行进机构，以行进马达提供动力，清洗头由气动马达驱动，通过升降臂可改变位置，适合清洗各种复杂情况的管道，不留死角，彻底清除杂物、灰尘和病菌，但其体积和重量大，结构复杂，装机成本高，不适合于小尺寸管道清洗，在倾斜安置的管道中行进亦存在困难。又如我国实用新型专利CN2706250“一种工业管道清洗装置”，清洗机械所含清洗头由一个双作用气缸和刷子组成，使用压缩空气为动力，通过交替改变气缸进气方向，按照最小阻力定律，使其活塞杆或缸体运动，推拉前后刷毛与管壁摩擦清洗并行进，具有结构简单、易拆卸安装、动力消耗小、适应环境强、安装成本低、无污染等优点。但刷毛只能沿管道轴向运动，管壁清洗质量不能保证，清洗头由于自重不能在管道中保持定心位置，造成行走阻力大，也不能观察管道内部情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服上述缺陷，实现小尺寸、水平或倾斜安装管道污垢清洗的自动化机械。

步伐行走式管道清洗机器人，其特征在于：采用压缩空气为动力的气动技术，在气源与完成动作的执行件之间不需要复杂的机械传动机构，以直线气缸作为执行件组成行走机构，以回转气缸驱动功能刷头，整机结构简单、可靠、成本低，具有防水、防尘功能，可用于易燃易爆和有辐射危险场合，通过可编程控制器和触摸屏控制完成全部清洗过程。

机器人由行走部分和功能部分组成。行走部分包括行走缸、前撑紧缸、前配气盘、后撑紧缸、后配气盘、中间连接盘、球铰链、导向轮以及套筒。行走采用仿生学原理，前后径向撑紧机构各以四只径向均布的前撑紧缸、撑紧头和前配气盘、四只径向均布的后撑紧缸、撑紧头和后配气盘构成，分别模仿人的手、脚对管壁的撑紧、放松动作。以行走缸模仿人的身体伸缩动作来实现步伐式行走，行走缸缸体和中间连接盘、后配气盘固定在一起，活塞杆和前配气盘采用球铰链连接，以减少管道直线度误差对运动的影响。通过前撑紧缸、后撑紧缸和行走缸的协调运动，使机器人可沿直管前后双向运动，由气动系统和控制系统实现速度可调、移动距离可以控制。套筒安装在中间连接盘和后配气盘之间，对安装在行走缸上的电磁阀及其电气元件起保护作用。

在机器人的前配气盘以及套筒上安装了两组对称配置的弹性导向轮，沿管道径向与管壁接触，起支撑和导向作用。它一方面降低了机器人行走时的摩擦阻力，使行走平稳；另一方面因为结构对称，对连接在前配气盘上的回转缸及其驱动的清洗头具有自动定心的作用，能保证清洗工作的顺利进行。

机器人的功能部分由回转缸、清洗头组成。结合步伐式行走，采用分段反复清洗的工作方式。回转缸可以驱动带多个刷头的清洗头作回转角度大于180度的正反向摆动，此时前撑紧机构松开、后撑紧机构撑紧管壁，在行走缸的活塞杆伸缩运动的配合下，刷头紧贴管壁作径向和轴向的复合运动，利用刷头在管壁上形成的网状轨迹对管壁各处反复清洗，使清洗范围和清洁度得到保证。为了增加刷头和管壁之间的摩擦力，在清洗头上设计了弹性张紧机构，使刷头在弹簧力的作用下紧贴管道内壁。可以在机器人上安装喷头，直接将清洗液喷射至刷头工作的位置，取得更好的清洗效果。

本发明的优点如下：

(1)大量采用了气动标准件，减少了设计、加工时间，保证了设备工作可靠性和维护方便性，整机结构紧凑、体积小、重量轻，可用于小尺寸管道的清洗作业；

(2)径向撑紧机构采用螺纹联结方法，将撑紧缸(螺牙缸)径向均布安装在配气盘上，通过盘内气道对单作用气缸供气，此集成的机构减少了连接元件和配管数量，节省空间，简化拆装，撑紧和放松由于行程短，动作迅速；

(3)采用对管壁的对称撑紧方案和对称设置导向轮使机器人利用管道自定心，克服了自身重力的影响，可以在倾斜放置的直管中行进和清洗，通过更换撑紧头和导向轮垫片调整，能适应不同大小管径的清洗要求；

(4)电磁阀对称固定在行走缸的缸体上，通过外部气源集中供气的方式，减少了有缆机器人外带气管的数量，提高了机器人在管道内行走的灵活性和稳定性；