專利名稱：逆流前進式流體驅動管道機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種管道維護裝置，具體是一種管道機器人。
背景技術：
進入21世紀，我國的環(huán)境污染問題與經(jīng)濟快速發(fā)展之間存在較為嚴重的矛盾，而天燃氣作為一種清潔環(huán)保的新型能源恰好能緩解該矛盾。現(xiàn)在我國已建成近10萬公里的天燃氣輸送管道，該天燃氣輸送管道擔負著較為重要的能源輸送任務。為使天然氣管道能長時間保持良好的運行狀態(tài)，管道的維護工作顯得較為關鍵。目前主要使用管道機器人來維護管道，但是現(xiàn)有的管道機器人一般需要外加能源供給進行驅動，在管道內(nèi)部的作業(yè)時間和行進距離受限較大，逆向氣流前進時更顯不足，還有待進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述背景技術中的不足，提供一種逆流前進式流體驅動管道機器人，該機器人應能在管道內(nèi)行駛較長的距離并能保持較長的工作時間，同時還具有結構簡單和成本較低的特點。本發(fā)明的技術方案是:逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于:該機器人包括一對定位在管道內(nèi)部的前機殼與后機殼、設置在管道軸線上并且前后端分別可轉動地定位在前機殼與后機殼中的轉動軸、以及固定在轉動軸上并驅動轉動軸旋轉的風輪；所述轉動軸通過其后端固定的雙向螺桿機構與后機殼連接；所述前機殼與后機殼的外圓周面上分別設置若干個用于阻止前機殼與后機殼后退的止鎖機構。所述雙向螺桿機 構包括制于轉動軸后部的雙向螺桿以及定位于后機殼轉動孔中并與雙向螺桿滑動配合的滑塊。所述止鎖機構包括若干個分別設置在前機殼與后機殼外圓周面上的定位槽、通過銷釘可轉動地鉸接在定位槽中的凸齒輪、將凸齒輪頂壓在管道內(nèi)壁上的扭簧。所述轉動軸的前端制有用于定位前機殼轉動孔的階梯軸。所述風輪固定在轉動軸的前端并且位于前機殼的內(nèi)部。所述前機殼上制有一放置檢測裝置的空腔。所述凸齒輪為偏心扇形齒塊。本發(fā)明的有益效果是:在管道內(nèi)氣流的推動下，本發(fā)明中的風輪驅動轉動軸旋轉，同時轉動軸與后機殼之間形成配合，使得前后機殼以依次向前伸縮的方式行進在管道內(nèi)；該行進方式的能量主要通過轉化氣流動能而來，無需外部能源供給，工作時間和移動距離均不受限制，并能逆向氣流方向行駛；另外，本發(fā)明的結構較為簡單，生產(chǎn)成本也較低。


圖1是本發(fā)明的立體結構示意圖。圖2是本發(fā)明的主視剖面結構示意圖。圖3是本發(fā)明的右視結構示意圖。圖4是后機殼的左視結構示意圖。圖5是轉動軸的主視結構示意圖。圖6是圖4中滑塊的俯視結構示意圖。圖7是止鎖機構的立體結構示意圖。圖8是凸齒輪與管道的位置關系示意圖。圖9、圖10、圖11、圖12、圖13以及圖14分別是本發(fā)明的工作狀態(tài)示意圖。圖15是滑塊與轉動軸的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。如圖1和圖2所示，逆流前進式流體驅動管道機器人，主要包括前機殼1、后機殼
2、轉動軸3、風輪4以及止鎖機構；其中:轉動軸設置在管道的軸線方向上；轉動軸的前端(通過軸承)可轉動地連接前機殼，轉動軸的后端通過雙向螺桿機構可轉動地連接后機殼，轉動軸上還固定著風輪；前機殼與后機殼定位在管道內(nèi)部并且前機殼與后機殼的外周面均制成與管道內(nèi)壁形狀相適合的圓環(huán)體形；若干個止鎖機構布置在前機殼與后機殼的外圓周面上。該風輪可利用管道內(nèi)的氣流動能來驅動轉動軸旋轉；如圖2所示，風輪固定在轉動軸的前端并且位于在前機殼的殼體內(nèi)部；如圖3所示，風輪上一般設置有3個風葉。該轉動軸中:轉動軸的前端與后端分別可轉動地定位在前機殼轉動孔1-1以及后機殼轉動孔2-2中；如圖5所示，轉動軸的前端制有兩個階梯軸3-2，階梯軸卡入前機殼轉動孔內(nèi)；轉動軸還通過雙向螺桿機構與后機殼連接；該雙向螺桿機構包括:制于轉動軸后部的雙向螺桿3-1、制于后機殼轉動孔中并與雙向螺桿滑動配合的滑塊2-1。如圖15所示，雙向螺桿上的兩條螺紋(均為陰螺紋)為沿著整個螺桿正反布置的第一螺紋3-1-1和第二螺紋3-1-2，并且兩條螺紋還在雙向螺桿的兩頭進行光滑過渡連接；轉動軸轉動時，滑塊先由第一螺紋帶動沿著雙向螺桿軸線正向滑動，當滑動至雙向螺桿的一頭時，由于轉動軸以同一方向繼續(xù)旋轉，滑塊由第二螺紋帶動沿著雙向螺桿軸線反向滑動，因此滑塊在后機殼中沿著雙向螺桿軸線方向進行往復移動。所述雙向螺桿機構為現(xiàn)有成熟機構，可直接采用。如圖3所示，前機殼的端面上開設有若干個有利于氣流通過的通風孔1-3，以使氣流推動風輪轉動并減小前機殼的空氣阻力；前機殼上還設有空腔1-2，該空腔可放置用于檢測和維護管道的裝置；如圖4所示，后機殼轉動孔的內(nèi)圓周面上制有滑塊；如圖6所示，該滑塊為四邊體形，并且其中兩個對稱的側面2-1-1與雙向螺桿的螺紋嚙合。所述止鎖機構用于對管道內(nèi)壁9施加一定的阻力，該阻力可防止前機殼與后機殼在管道中后退(圖2和圖8中的箭頭A為本發(fā)明的 前進方向);如圖3所示，前機殼與后機殼的外圓周面上均分布著4個止鎖機構；每個止鎖機構包括設置在前機殼或后機殼外圓周面上的定位槽5、可轉動地鉸接在定位槽中的凸齒輪7、將凸齒輪頂壓在管道內(nèi)壁上的扭簧8 ；銷釘6用于鉸接凸齒輪，其軸線垂直于轉動軸軸線，扭簧套裝在銷釘上；凸齒輪為偏心扇形齒塊，齒邊與鉸接銷孔距離較近的一側應面向著前進方向(如圖8所示);當前機殼或后機殼在管道中有后退的趨勢時，凸齒輪圓周面上的齒邊將緊緊頂壓住管道內(nèi)壁并形成較大的摩擦阻力，該摩擦阻力有助于前機殼或后機殼在管道中保持相對靜止；當前機殼或后機殼在管道中有前進的趨勢時，凸齒輪對管道內(nèi)壁的壓力將大大減小，因此凸齒輪與管道之間的摩擦阻力也將減小，該摩擦阻力不會影響前機殼或后機殼在管道中前進。本發(fā)明的工作原理是:1、初始狀態(tài)，如圖9所示:后機殼位于轉動軸的左端(圖中左側方向)，滑塊位于雙向螺桿的第一螺紋(正螺紋)中；風輪開始帶動轉動軸旋轉，通過雙向螺桿機構的驅動，轉動軸拉動后機殼向前機殼靠攏(拉力B以及拉力B'分別作用在前機殼與后機殼上)，因此前機殼相對于管道有后退的趨勢，后機殼相對于管道有前進的趨勢；由于前機殼被止鎖機構定位在管道內(nèi)壁上保持靜止，后機殼就沿著轉動軸在管道中前進；2、如圖10所示，前機殼和轉動軸靜止在管道中，后機殼在管道中向前行進；3、狀態(tài)轉換階段，如圖11所示:此時后機殼已與前機殼靠攏，并且滑塊已滑行到雙向螺桿第一螺紋(正螺紋)的末端；由于轉動軸繼續(xù)轉動，因此滑塊滑入雙向螺桿的第二螺紋(反螺紋)中；如圖12所示，通過雙向螺桿機構的驅動，轉動軸將推動后機殼脫離前機殼(推力C以及推力C'分別作用在前機殼與后機殼上)，因此前機殼相對于管道有前進的趨勢，后機殼相對于管道有后退的趨勢；由于后機殼被止鎖機構定位在管道內(nèi)壁上保持靜止，前機殼與轉動軸就沿著管道前進；4、如圖13所示，后機殼靜止在管道中，前機殼和轉動軸在管道內(nèi)向前行進；5、狀態(tài)轉換階段，如圖14所示:此時后機殼已移動到轉動軸的左端，并且滑塊已滑行到雙向螺桿第 二螺紋(反螺紋)的末端；由于轉動軸繼續(xù)轉動，因此滑塊又滑入雙向螺桿的第一螺紋(正螺紋)中，本發(fā)明將按照步驟I的方式繼續(xù)運行。由此可知，本發(fā)明按照前機殼與后機殼依次在管道中向前移動的方式行進在管道內(nèi)。
權利要求
1.逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于:該機器人包括一對定位在管道內(nèi)部的前機殼(I)與后機殼(2)、設置在管道軸線上并且前后端分別可轉動地定位在前機殼與后機殼中的轉動軸(3)、以及固定在轉動軸上并驅動轉動軸旋轉的風輪(4);所述轉動軸通過其后端固定的雙向螺桿機構與后機殼連接；所述前機殼與后機殼的外圓周面上分別設置若干個用于阻止前機殼與后機殼后退的止鎖機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于:所述雙向螺桿機構包括制于轉動軸后部的雙向螺桿(3-1)以及定位于后機殼轉動孔中并與雙向螺桿滑動配合的滑塊(2-1)。
3.根據(jù)權利要求2所述的逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于:所述止鎖機構包括若干個分別設置在前機殼與后機殼外圓周面上的定位槽(5)、通過銷釘(6)可轉動地鉸接在定位槽中的凸齒輪(7 )、將凸齒輪頂壓在管道內(nèi)壁上的扭簧(8 )。
4.根據(jù)權利要求3所述的逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于:所述轉動軸的前端制有用于定位前機殼轉動孔的階梯軸(3-2 )。
5.根據(jù)權利要求4所述的逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于:所述風輪固定在轉動軸的前端并且位于前機殼的內(nèi)部。
6.根據(jù)權利要求5所述的逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于:所述前機殼上制有一放置檢測裝置的空腔(1-2 )。
7.根據(jù)權利 要求6所述的逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于:所述凸齒輪為偏心扇形齒塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管道維護裝置，具體是一種管道機器人。目的是提供一種逆流前進式流體驅動管道機器人，該機器人應能在管道內(nèi)行駛較長的距離并能保持較長的工作時間，同時還具有結構簡單和成本較低的特點。技術方案是逆流前進式流體驅動管道機器人，其特征在于該機器人包括一對定位在管道內(nèi)部的前機殼與后機殼、設置在管道軸線上并且前后端分別可轉動地定位在前機殼與后機殼中的轉動軸、以及固定在轉動軸上并驅動轉動軸旋轉的風輪；所述轉動軸通過其后端固定的雙向螺桿機構與后機殼連接；所述前機殼與后機殼的外圓周面上分別設置若干個用于阻止前機殼與后機殼后退的止鎖機構。
文檔編號F16L55/34GK103244791SQ20131013431
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權日2013年4月17日
發(fā)明者鄒繼安, 王康麗, 沈建洋, 郭俊, 章思恩, 武傳宇, 杜小強 申請人:浙江理工大學