竖直悬挂非固定狭长管道内壁面爬升与定位装置

技术领域

本发明涉及核电站管路检修技术领域，具体地，涉及一种竖直悬挂非固定狭长管道内壁面爬升与定位装置。

背景技术

核电站是我国发电产业的重要组成部分，发展核电事业对于我国能源建设与核工业发展具有重要价值，核电事业对于保护国家能源安全，保护生态环境，优化电力供应结构，促进我国发电事业可持续发展至关重要。为了保证核电站能够安全、高效、可靠的持续运行，需要定期开展关键部件的检查与维修工作。其中核反应堆压力容器是安置核反应堆并承受其巨大运行压力的密闭容器，是核能发电的重要组成部分，为了保障核反应堆压力容器的安全使用，需要定期检查、更换、安装在控制棒驱动机构(以下简称CRDM)管座上的隔热套管。

目前，许多国家采用半自动化及人为干预方式进行“隔热套管的拆除与更换”，一方面工作效率低下，核电站停工过久会带来过大的经济损失，另一方面强辐射环境会对人体造成致命伤害。

核反应压力容器主要包括：CRDM管座、隔热套管和压力容器墙体。如图1，其中，CRDM管座和压力容器墙体固连，隔热套管安装在与CRDM管座内，相对于与CRDM管座不固定其两者存在径向和轴向间隙，隔热套管能沿轴向窜动，隔热套管为两头大、中间平直细长的异形管道。

因此拆除工作只能从反应容器内，自下而上进入隔热套管管道内，通过破坏性方式拆除隔热套管。隔热套管通常为竖直悬垂状态，且距离地面有一定高度。如何将用于安装加工设备的平台快速移动、精准定位至待加工套管内的指定位置对于后续的加工十分关键。

现有公开号为CN212273422U的中国专利申请文献，其公开了一种管道检测设备的支撑装置和管道检测设备，属于管道腐蚀检测技术领域。该支撑装置包括：用于与管道检测设备连接的固定底座；传感器安装座；刚性支撑主臂，所述刚性支撑主臂具有相对的第一端和第二端，所述第一端与所述传感器安装座连接，所述第二端与所述固定底座铰接；第一复位机构，位于所述固定底座上且与所述第二端连接，所述第一复位机构被配置为能够向所述刚性支撑主臂提供使所述刚性支撑主臂和所述固定底座保持设定角度的作用力。

现有技术中的管道检测设备移动速度慢、定位不准确，难以在竖直、细长的管道中可靠的移动，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种竖直悬挂非固定狭长管道内壁面爬升与定位装置。

根据本发明提供的一种竖直悬挂非固定狭长管道内壁面爬升与定位装置,包括：全向AGV小车：设置有定位装置；多级升降摆架复合机构：安装在所述全向AGV小车上，包括放倒状态和直立状态，能够在所述放倒状态和所述直立状态之间切换，且在所述直立状态时驱动多级管道内移动定位复合机构升降运动；多级管道内移动定位复合机构：安装在多级升降摆架复合机构上，包括依次连接的管道内支撑模组、管道内抬升模组以及管道内加工模组，所述管道内支撑模组驱动管道内抬升模组沿管路轴向运动，所述管道内抬升模组驱动管道内加工模组旋转和分度运动，所述管道内加工模组包括工作台，且所述管道内加工模组驱动工作台沿管路径向运动。

优选地，所述多级升降摆架复合机构包括多级升降摆架一级单元，所述多级升降摆架一级单元的一端与全向AGV小车顶部铰接连接，所述多级升降摆架一级单元的另一端为自由端；所述全向AGV小车的顶部与多级升降摆架一级单元之间还连接有多级升降摆架支撑电推杆，所述多级升降摆架支撑电推杆的一端与全向AGV小车的顶部铰接连接，所述多级升降摆架支撑电推杆的另一端与多级升降摆架一级单元的中部铰接连接。

优选地，所述多级升降摆架复合机构还包括多级升降摆架二级单元，所述多级升降摆架二级单元的一端与多级升降摆架一级单元自由端背离全向AGV小车的一侧铰接连接；多级升降摆架一级单元与多级升降摆架二级单元之间连接有提升多级升降摆架二级单元的多级升降摆架电推杆。

优选地，所述多级升降摆架复合机构还包括多级升降摆架工作台，所述多级升降摆架工作台为多级管道内移动定位复合机构的安装基础；所述多级升降摆架二级单元上安装有多级升降摆架滚珠丝杠副和工作台提升电机，所述工作台提升电机与多级升降摆架滚珠丝杠副传动连接；所述多级升降摆架工作台与多级升降摆架滚珠丝杠副传动连接，当所述多级升降摆架复合机构处于直立状态时，所述工作台提升电机和多级升降摆架滚珠丝杠副二者配合驱动多级升降摆架工作台升降运动。

优选地，所述多级升降摆架工作台上设置有XY中空直线电机平台，所述XY中空直线电机平台的工作平面能够在相互垂直的两个方向运动。

包括第一微调平台和第二微调平台，所述第二微调平台滑动连接在第一微调平台上，且所述第一微调平台的运动方向和第二微调平台的运动方向相互垂直。

优选地，所述多级管道内移动定位复合机构还包括提升电推杆和接水盘，所述接水盘安装在XY中空直线电机平台上，所述管道内支撑模组和提升电推杆二者均安装在接水盘上，所述提升电推杆与管道内支撑模组传动连接。

优选地，所述管道内支撑模组包括复合顶撑机构和直线传动复合电机，所述复合顶撑机构与管道的内壁相对固定，所述直线传动复合电机设置在复合顶撑机构内，且所述直线传动复合电机驱动管道内抬升模组沿管路轴向运动。

优选地，所述管道内抬升模组包括支撑抬升平台、支撑抬升平台保护罩以及伺服电机主轴，所述支撑抬升平台保护罩与复合顶撑机构同轴连接，所述支撑抬升平台滑移连接在支撑抬升平台保护罩上，且所述支撑抬升平台与直线传动复合电机的输出轴连接，所述伺服电机主轴安装在支撑抬升平台上，且所述伺服电机主轴驱动管道内加工模组的旋转和分度运动。

优选地，所述管道内加工模组包括加工模组保护罩、加工模组轨道、加工模组滑台以及驱动组件，所述加工模组轨道与加工模组保护罩紧固连接，所述加工模组保护罩与伺服电机主轴传动连接；所述工作台安装在加工模组滑台上，所述加工模组滑台背离工作台的一侧滑动连接在加工模组轨道上，所述驱动组件驱动加工模组滑台沿加工模组轨道滑动。

优选地，所述驱动组件包括径向进给电机、径向移动齿条以及径向移动齿轮，所述径向进给电机设置在加工模组保护罩内，所述径向进给电机的输出轴转动穿过加工模组轨道，所述径向移动齿轮同轴连接在径向进给电机的输出轴上，所述径向移动齿条与加工模组滑台紧固连接，所述径向移动齿条的长度方向平行于加工模组轨道的长度方向，且所述径向移动齿条与径向移动齿轮啮合。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过全向AGV小车实现基本定位，通过多级升降摆架复合机构将多级管道内移动定位复合机构无接触的送入管道目标位置，通过管道内抬升模组将管道内加工模组送至指定位置，在管道内加工模组中实现工作台的旋转与进给，有助于解决传统方法无法进入距离地面有一定高度，且竖直悬挂且非固定细长的管道的问题，同时有助于解决无法在这类管道内进行爬升与定位的问题。

2、本发明通过全向AGV小车移动以及工业相机模组实现设备整体的快速移动和精准定位，设计了多级升降摆架复合机构使装置能够无接触进入管口距离地面有一定高度的管道，同时带动多级管道内移动定位复合机构在管道内的爬升移动和定位。

3、本发明通过多级管道内移动定位复合机构，实现工作台能够沿轴向、径向的进给运动以及周向的旋转运动，满足后续作业对平台运动的需求。

4、本发明通过管道内支撑模组，通过复合顶撑机构实现设备和管道的相对固定，解决管道晃动对定位和加工造成影响的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现背景技术中设备所适用的特殊工作环境的示意图；

图2为本发明主要体现设备整体结构的示意图；

图3为本发明主要体现多级管道内移动定位复合机构整体结构的爆炸示意图；

图4为本发明主要体现多级升降摆架工作台区域的局部示意图。

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图2所示，根据本发明提供的一种竖直悬挂非固定狭长管道内壁面爬升与定位装置，包括全向AGV小车1、多级升降摆架复合机构以及多级管道内移动定位复合机构。全向AGV小车1为搭载其他模块和实现整体移动的基础，全向AGV小车1上设置有定位装置。多级升降摆架复合机构安装在全向AGV小车1上，多级升降摆架复合机构包括放倒状态和直立状态，多级升降摆架复合机构能够在放倒状态和直立状态之间切换，且多级升降摆架复合机构在直立状态时可以驱动多级管道内移动定位复合机构升降运动。

多级管道内移动定位复合机构安装在多级升降摆架复合机构上，多级管道内移动定位复合机构包括依次连接的管道内支撑模组10、管道内抬升模组12以及管道内加工模组13。管道内支撑模组10驱动管道内抬升模组12沿管路轴向运动，管道内抬升模组12驱动管道内加工模组13旋转和分度运动，管道内加工模组13包括工作台30，且管道内加工模组13驱动工作台30沿管路径向运动。

通过全向AGV小车1实现基本定位，通过多级升降摆架复合机构将多级管道内移动定位复合机构无接触的送入管道目标位置，通过管道内抬升模组12将管道内加工模组13送至指定位置，在管道内加工模组13中实现工作台30的旋转与进给，解决了传统方法无法进入距离地面有一定高度，且竖直悬挂且非固定细长的管道的问题，同时解决了无法在这类管道内进行爬升与定位的问题。

如图2所示，多级升降摆架复合机构包括多级升降摆架一级单元16、多级升降摆架二级单元14以及多级升降摆架工作台7。多级升降摆架一级单元16和多级升降摆架二级单元14二者均为矩形架体，多级升降摆架工作台7为呈直角型的架体。多级升降摆架二级单元14安装在多级升降摆架一级单元16上，多级升降摆架工作台7安装在多级升降摆架二级单元14上，且多级升降摆架工作台7为多级管道内移动定位复合机构的安装基础。

多级升降摆架一级单元16的一端与全向AGV小车1顶部铰接连接，具体地，全向AGV小车1顶部与多级升降摆架一级单元16的铰接连接处固定安装有一对安装架2，多级升降摆架一级单元16通过铰接轴分别与两个安装架2铰接连接，且多级升降摆架一级单元16的另一端为自由端。

全向AGV小车1的顶部与多级升降摆架一级单元16之间还连接有多级升降摆架支撑电推杆5，多级升降摆架支撑电推杆5的一端与全向AGV小车1顶部的中间位置铰接连接，多级升降摆架支撑电推杆5的另一端与多级升降摆架一级单元16的中部铰接连接，且多级升降摆架支撑电推杆5在多级升降摆架一级单元16铰接轴线的两侧对称设置有一组。通过两个多级升降摆架支撑电推杆5可以实现多级升降摆架复合机构在放倒状态和直立状态的切换。

多级升降摆架二级单元14的一端与多级升降摆架一级单元16自由端背离全向AGV小车1的一侧铰接连接。多级升降摆架一级单元16与多级升降摆架二级单元14之间连接有提升多级升降摆架二级单元14的多级升降摆架电推杆11，实现了多级升降摆架二级单元14相对于多级升降摆架一级单元16的提升。

多级升降摆架二级单元14上安装有多级升降摆架滚珠丝杠副15和工作台提升电机3，多级升降摆架滚珠丝杠副15转动安装在多级升降摆架二级单元14的中部，多级升降摆架滚珠丝杠副15的长度方向平行于多级升降摆架二级单元14的长度方向，工作台提升电机3固定安装在多级升降摆架二级单元14长度的自由端，且工作台提升电机3与多级升降摆架滚珠丝杠副15传动连接，实现驱动多级升降摆架滚珠丝杠副15中丝杠的转动运动。

多级升降摆架工作台7与多级升降摆架滚珠丝杠副15传动连接，当多级升降摆架复合机构处于直立状态时，工作台提升电机3和多级升降摆架滚珠丝杠副15二者配合驱动多级升降摆架工作台7升降运动。

多级升降摆架工作台7垂直于多级升降摆架滚珠丝杠副15部分的外侧面上安装有XY中空直线电机平台8，XY中空直线电机平台的工作平面能够在相互垂直的两个方向运动微调。固定平台紧固安装在多级升降摆架工作台7。多级管道内移动定位复合机构作为一个整体安装在XY中空直线电机平台8上，多级管道内移动定位复合机构需进入管道时，通过多级升降摆架复合机构将其送入待作业的管道。

进一步地，定位装置为工业相机模组4，工业相机模组4安装在多级升降摆架工作台7平行于多级升降摆架滚珠丝杠副15部分的外侧面上。

如图3和图4所示，多级管道内移动定位复合机构包括同轴设置的提升电推杆6、接水盘9、管道内支撑模组10、管道内抬升模组12以及管道内加工模组13。其中，管道内支撑模组10、管道内抬升模组12以及管道内加工模组13三者依次同轴连接，管道内支撑模组10远离管道内抬升模组12的一端与提升电推杆6同轴连接。

提升电推杆6安装在接水盘9上，接水盘9安装在XY中空直线电机平台8背离多级升降摆架工作台7的一侧，提升电推杆6位于多级升降摆架工作台7背离XY中空直线电机平台8的一侧，提升电推杆6的输出轴依次穿过多级升降摆架工作台7和XY中空直线电机平台8与接水盘9同轴连接，从而使提升电推杆6和接水盘9二者能够一起在XY中空直线电机平台8的运动平面内运动实现位置的微调，且在限位内不发生干涉。

管道内支撑模组10、管道内抬升模组12以及管道内加工模组13三者均位于接水盘9背离提升电推杆6的一侧，接水盘9用于收集加工工作液，同时起到管道的支撑作用，并防止管道或其他碎块掉落损伤设备。且提升电推杆6的输出轴和管道内支撑模组10传动连接，实现管道内支撑模组10的提升运动。

具体地，管道内支撑模组10包括复合顶撑机构18和直线传动复合电机17，复合顶撑机构18与管道的内壁相对固定。具体地，复合顶撑机构18呈圆筒型，复合顶撑机构18的外壁上伸缩设置有可以与管道内壁相对固定连接的凸条。直线传动复合电机17安装在复合顶撑机构18内，能够避免工作液等对直线传动复合电机17的影响，且直线传动复合电机17驱动管道内抬升模组12沿管路轴向运动。

管道内抬升模组12包括支撑抬升平台20、支撑抬升平台保护罩21以及伺服电机主轴22，支撑抬升平台保护罩21为圆筒型，支撑抬升平台保护罩21与复合顶撑机构18同轴连接。支撑抬升平台20滑移连接在支撑抬升平台保护罩21上，支撑抬升平台20上固定连接有多根支撑柱，支撑抬升平台保护罩21的内壁上同轴一体成型有多个细长孔，支撑柱与细长孔一一对应，且支撑柱同轴滑动穿设在细长孔内从而起到定向作用，能够保证支撑抬升平台20在抬升运动过程中不发生倾倒与偏移。

且支撑抬升平台20通过第一联轴器19与直线传动复合电机17的输出轴连接，伺服电机主轴22安装在支撑抬升平台20上，并受到支撑抬升平台保护罩21的保护，且伺服电机主轴22通过第二联轴器23与管道内加工模组13相连接，实现了驱动管道内加工模组13的旋转和分度运动。

管道内加工模组13还包括加工模组保护罩25、加工模组轨道26、加工模组滑台27以及驱动组件，加工模组保护罩25为圆筒型，加工模组轨道26呈圆盘状，加工模组轨道26与加工模组保护罩25远离管道内抬升模组12的一端紧固连接，加工模组保护罩25靠近管道内抬升模组12的一端通过第二联轴器23与伺服电机主轴22传动连接，从而使加工模组保护罩25可以带动整个管道内加工模组13旋转。

工作台30安装在加工模组滑台27上，加工模组滑台27背离工作台30的一侧滑动连接在加工模组轨道26背离加工模组保护罩25的一侧，驱动组件驱动加工模组滑台27沿加工模组轨道26滑动。

驱动组件包括径向进给电机24、径向移动齿条28以及径向移动齿轮29，径向进给电机24安装在加工模组保护罩25内，从而保证径向进给电机24的安全性和可靠性。径向进给电机24的输出轴同轴转动穿过加工模组轨道26，径向移动齿轮29同轴连接在径向进给电机24的输出轴上，径向移动齿条28与加工模组滑台27紧固连接，径向移动齿条28的长度方向平行于加工模组轨道26的长度方向，且径向移动齿条28与径向移动齿轮29啮合。通过径向进给电机24带动径向移动齿轮29转动，从而在径向移动齿轮29和径向移动齿条28的共同作用下带动加工模组滑台27沿加工模组轨道26上的固定滑轨方向实现进给，从而实现工作台30的径向进给。

工作原理

如图2、图3以及图4所示，非工作状态下，设备整体处于最小空间占用状态，即多级升降摆架复合机构处于放倒状态且其各级都收回，管道内抬升模组12和提升电推杆6也都处于收回状态，以避免在核反应压力容器内运动时发生碰撞或干涉。

首先设备整体在全向AGV小车1的移动下定位至待进入管道的正下方，设备通过工业相机模组4进行对中与位置调整。当运动到位后，多级升降摆架支撑电推杆5伸出，多级升降摆架复合机构整体在多级升降摆架支撑电推杆5的推动下到达直立状态，随后多级升降摆架二级单元14在多级升降摆架电推杆11作用下相对于多级升降摆架一级单元16抬起；与此同时，XY中空直线电机平台8及安装于其上的多级管道内移动定位复合机构在工作台提升电机3和多级升降摆架滚珠丝杠副15的作用下升起并到达合适高度位置，通过XY中空直线电机平台8实现多级管道内移动定位复合机构位置的微调以便进入管道。当多级管道内移动定位复合机构进入管道并达到指定位置后，复合顶撑机构18撑到管道的内壁上，使得管道内支撑模组10、管道内抬升模组12和管道内加工模组13相对管道内壁固定，保证作业时不发生相对移动，确保定位的可靠性。支撑抬升平台20在直线传动复合电机17作用下实现沿管道轴线方向的运动，将管道内加工模组13送至加工位置。当工作台30到达加工位置后，可以在伺服电机主轴22带动下实现分度或旋转运动，在径向进给电机24的带动下实现径向进给，从而实现切割、修复、测量等工作，同时接水盘9能够收集加工过程中的工作液、碎屑等。

值得注意的是：直线传动复合电机17能够将旋转运动转换为非旋转的直线运动，即工作状态下电机轴不旋转，只有轴线方向的直线运动。

值得注意的是：当多级管道内移动定位复合机构在管道内运动时，复合顶撑机构18处于非工作状态，对管道内的提升运动不做任何干扰，当需要和管道相对固定时，能够伸出凸块实现固定。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。