一种用于管道内壁抛光的机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种用于管道内壁抛光的机器人。

背景技术

面向国家海洋勘探，深井科考，管道防腐除锈工序是保证长输管道结构完整性的重要一环，目前，输送油、气、水等介质主要采用钢质管道。于管道中流体长期的冲刷腐蚀会导致管内出现杂质，对于一些对管内流体质量要求严格的管线需要在对管内进行除锈。管道在加工到使用的时间段，大多管道由于直径较大、长度较长，多直接裸露在室外，长时间的存放之后导致管内产生锈蚀。由于现场防腐除锈作业环境与防腐生产工厂环境差异较大，现场除锈成为管道防腐的薄弱环节。我国每年因管道腐蚀穿孔而造成巨大的经济损失，甚至发生各种事故。因此，在管道工程建设中，切实提高防腐除锈，对于管道保护具有重要意义。采用自行设计的自适应支撑结构，可有效提高机器人不同管径的适应能力，并通过协同反馈极大程度上提供了机器人的机械灵活性及工作效率。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于管道内壁抛光的机器人，结构紧凑，质量轻，运动稳定，姿态调整灵活，集成度高，运动导向性好，曲面适应性强，适应范围广，满足抛光相关标准。

为了实现上述目的，本发明提供的一种用于管道内壁抛光的机器人，包括机器人本体以及设置在机器人本体上的柔性半自动机构适应机构和抛光机构；

所述机器人本体包括外壳侧板、外壳前板、外壳后板、主动滚轮、驱动电机和用于驱动主动滚轮的步进电机，相对设置的所述外壳前板和外壳后板呈正六边形，所述外壳前板和外壳后板分别与间隔设置的外壳侧板的两端相连接形成用于放置驱动电机和步进电机的容纳腔；

所述柔性半自动机构适应机构包括柔性连杆机构、被动滚轮、伸缩液压杆、定位弹簧、丝杠和三角连接件；所述柔性连接机构为三组且沿外壳后板周向均布，所述柔性连接机构包括位于同一水平面且依次铰接的摇杆、连杆一和连杆二，所述摇杆一端铰接在外壳后板外侧，另一端分别向外倾斜，所述摇杆一与外壳后板的铰接处设有主动滚轮，所述摇杆和连杆一、连杆一和连杆二以及连杆二与外壳前板内侧的铰接处均设有被动滚轮，所述被动滚轮随主动滚轮同步转动；所述丝杠的一端垂直设置于外壳后板外侧的圆心处，另一端自外至内依次套设有定位弹簧和三角连接件；所述伸缩液压杆为三根且沿三角连接板周向均布，所述伸缩液压杆垂直设置在摇杆的中点处；

所述抛光机构包括抛光盘、伸缩杆和弧形打磨片，所述抛光盘通过转动杆与驱动电机相连，所述伸缩杆和弧形打磨片固定设置在抛光盘的输出面，所述伸缩杆的数量为三根且排列呈等边三角形，所述伸缩杆连接弧形打磨片的伸缩端向外延伸至抛光盘外。

优选地，所述外壳侧板上设有便于把握的把手；

优选地，所述伸缩液压杆通过固定架与摇杆固定连接；

优选地，所述连杆二与外壳前板铰接处的被动滚轮分别位于外壳侧板的间隔处；

优选地，所述转动杆与抛光盘之间通过螺钉连接；

优选地，所述伸缩杆与弧形打磨片之间通过紧固螺钉连接。

本发明提供的一种用于管道内壁抛光的机器人，具有如下有益效果：

1、本发明的模块化程度高，结构紧凑，体积小，质量轻，可控性的实时性强且简单已操作；

2、本发明的移动机构为柔性半自动机构，适应于多种直径的管道内壁，适用的直径范围更广，适应性更高。由伸缩液压杆带动着柔性连杆机构，利用定位弹簧和三角连接件这一巧妙的结构，利用弹簧的弹力，来控制移动机构自适应多种直径的管道内壁。该机构运动副元素为面接触，压强较小，可以减少机构运动时受到的磨损。

3、本发明适应范围广，本发明的抛光机构，可固定在任意直径的管道内壁，以便于进行抛光，抛光盘处带有可以伸缩的伸缩杆，伸缩杆另一端连接弧形打磨片，该伸缩杆可以对不同直径的内壁进行适应性的调整，不必频繁的更换打磨盘，提高其工作效率。

4、本发明的寿命比现有管道内壁抛光设备长，由于本发明的伸缩液压杆起到自适应支撑的功能，且可以缓冲冲击力，防止杆件的损坏，提高了使用寿命。

5、本发明性价比高，采用传动带对电机和滚轮之间的动力进行传输，以助机器人在管道内的爬行。传动带具有良好的弹性，可以缓和冲击和振动，结构简单，便于维修和安装。

6、本发明安全性高，整体都是防爆的，尤其是电子元器件，安全性和可靠性极高，保障了工业复杂环境下打磨抛光的有效实施。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于管道内壁抛光的机器人的结构示意图。

图2为图1的主视图。

图3为图1的左视图。

图4为图1的后视图。

图5为本发明提供的一种用于管道内壁抛光的机器人的机器人本体的内部的结构示意图。

图中：

101.传动带 102.把手 103.外壳侧板 104.外壳后板 105.被动滚轮 106.三角连接件 107.固定架 108.连杆一 109.连杆二

201.外壳前板 202.摇杆 203.主动滚轮 204.伸缩液压杆

301.抛光盘 302.伸缩杆 303.弧形打磨片 304.紧固螺钉 305.螺钉

401.转动杆 402.丝杠 403.定位弹簧

501.驱动电机 502.步进电机。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。

如图1-5所示，为本发明提供的一种用于管道内壁抛光的机器人，包括机器人本体以及设置在机器人本体上的柔性半自动机构适应机构和抛光机构，以上所述整体都是防爆的，尤其是电子元器件；

机器人本体包括外壳侧板103、外壳前板201、外壳后板104、主动滚轮203、驱动电机501和用于驱动主动滚轮203的步进电机502，相对设置的外壳前板201和外壳后板104呈正六边形，外壳前板201和外壳后板104分别与间隔设置的外壳侧板103的两端相连接形成用于放置驱动电机501和步进电机502的容纳腔，步进电机502是固定在通过螺钉305连接在机器人本体内的电机座上，步进电机502通过传送带将动力传输给位于外壳后板104上的主动滚轮203，主动滚轮203通过传送带传输给后面的被动滚轮105，从而实现机器人本体的整体运动部分。驱动电机501固定在步进电机502的一侧，靠近抛光机构，为抛光机构提供动力。外壳侧板103上设有便于把握的把手102，方便人工的拿取机器人。

如图1和图2所示，柔性半自动机构适应机构包括柔性连杆机构、被动滚轮105、伸缩液压杆204、定位弹簧403、丝杠402和三角连接件106；柔性连接机构为三组且沿外壳后板104周向均布，柔性连接机构包括位于同一水平面且依次铰接的摇杆202、连杆一108和连杆二109，摇杆202一端铰接在外壳后板104外侧，另一端分别向外倾斜，摇杆202一与外壳后板104的铰接处设有主动滚轮203，摇杆202和连杆一108、连杆一108和连杆二109以及连杆二109与外壳前板201内侧的铰接处均设有被动滚轮105，连杆二109与外壳前板201铰接处的被动滚轮105分别位于外壳侧板103的间隔处，被动滚轮105随主动滚轮203同步转动；丝杠402的一端垂直设置于外壳后板104外侧的圆心处，另一端自外至内依次套设有定位弹簧403和三角连接件106，实现了机器人的管道内壁尺寸的适应部分的动力来源；伸缩液压杆204为三根且沿三角连接板周向均布，伸缩液压杆204垂直设置在摇杆202的中点处，伸缩液压杆204和柔性连杆机构的结合形成外廓支架，有三个伸缩液压杆204和三个柔性连杆机构，起到三角架对称固定的作用，通过被动滚轮105在管道内稳定的运动；外廓支架的尺寸大小通过定位弹簧403与三角连接件106巧妙结构的调节，使框架自适应不同直径的管道内壁。伸缩液压杆204通过固定架107与摇杆202固定连接，起到缓冲、支撑的作用。

如图3和图4所示，抛光机构包括抛光盘301、三根伸缩杆302和三个弧形打磨片303，抛光盘301通过转动杆401与驱动电机501相连，伸缩杆302和弧形打磨片303固定设置在抛光盘301的输出面，伸缩杆302的数量为三根且排列呈等边三角形，伸缩杆302连接弧形打磨片303的伸缩端向外延伸至抛光盘301外，转动杆401与抛光盘301之间通过螺钉305连接，伸缩杆302与弧形打磨片303之间通过紧固螺钉304连接。伸缩杆302可以通过将弧形打磨片303在抛光盘301上任意伸缩，让抛光机构根据不同直径的管道来调整打磨范围的大小，起到自适应打磨的作用。

本发明的工作原理为：利用把手102，人工将机器人放进管道中，机器人的柔性机构自适应模块会利用定位弹簧403的弹力自动将外廓支架调整到合适的管道直径大小，外廓支架的被动滚轮105与管道内壁贴合。

抛光机构自适应贴合内壁过程：抛光机构根据代打磨的管道直径，利用伸缩杆302的调节能力使弧形打磨片303自适应贴合任意直径管道的内壁。

打磨过程：启动驱动电机501，驱动电机501通过转动杆401将输出给入抛光盘301，抛光盘301开始带着已经适应好管道直径的弧形打磨片303进行抛光打磨。

运动过程：启动步进电机502，步进电机通过传送带101将动力传输给位于外壳后板104上的主动滚轮203，然后主动滚轮203通过传送带101传输给下面的被动滚轮105，从而实现机器人的整体运动部分，被动滚轮105的旋转运动使机器人往待打磨管内处稳定平移，从而使带有弧形打磨片303的抛光盘301进入待打磨管道内，进行抛光打磨。

结束过程：待打磨管道打磨完成后，关闭驱动电机501和步进电机502，抛光机构停止打磨，移动机构停止运动，通过把手102将机器人从管道内取出。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。