全文摘要
管道内智能封堵机器人属于管道维修维护机器人技术领域，目的在于解决现有技术存在的管路复杂、成本高、技术要求高以及精度要求高的问题。本实用新型的管道内智能封堵机器人包括沿待封堵的管道轴线同轴设置的调速单元、封堵单元和驻锚单元；所述调速单元至少包括泄流调速结构，通过调节泄流调速结构的泄流口大小调整速度；所述封堵单元至少包括两个并排设置并和待封堵的管道同轴的弹性变形体，所述弹性变形体沿径向变形；通过所述驻锚单元实现机器人整体相对待封堵的管道内壁的锁定。本实用新型在作业时需两组配合工作，分别定位锁定在待维护管道的两端，提供了一个封闭隔离的空间。本实用新型驱动为机械驱动，解决现有技术存在的管路复杂、成本高、技术要求高以及精度要求高的问题。
主设计要求
1.管道内智能封堵机器人，其特征在于，包括沿待封堵的管道轴线同轴设置的调速单元(1)、封堵单元(2)和驻锚单元(3)；所述调速单元(1)至少包括泄流调速结构，通过调节泄流调速结构的泄流口大小调整速度；所述封堵单元(2)至少包括两个并排设置并和待封堵的管道同轴的弹性变形体，所述弹性变形体沿径向变形；通过所述驻锚单元(3)实现机器人整体相对待封堵的管道内壁的锁定。
设计方案
1.管道内智能封堵机器人，其特征在于，包括沿待封堵的管道轴线同轴设置的调速单元(1)、封堵单元(2)和驻锚单元(3)；
所述调速单元(1)至少包括泄流调速结构，通过调节泄流调速结构的泄流口大小调整速度；
所述封堵单元(2)至少包括两个并排设置并和待封堵的管道同轴的弹性变形体，所述弹性变形体沿径向变形；
通过所述驻锚单元(3)实现机器人整体相对待封堵的管道内壁的锁定。
2.根据权利要求1所述的管道内智能封堵机器人，其特征在于，所述弹性变形体为封堵密封圈(203)，所述封堵密封圈(203)受轴向力挤压并沿径向变形。
3.根据权利要求1所述的管道内智能封堵机器人，其特征在于，所述驻锚单元(3)至少包括固定的锥体(303)以及相对所述锥体(303)沿轴向移动的锚爪(304)，所述锚爪(304)相对锥体(303)移动沿垂直待封堵的管道的内壁方向挤压内壁实现锁定。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的管道内智能封堵机器人，其特征在于，所述调速单元(1)包括：
调速壳体(101)；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体(101)外壁一端部的多个圆周均布的调速支撑轮(108)，所述支撑轮和待封堵的管道内壁接触；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体(101)外壁另一端部的泄流调速阀(103)，所述泄流调速阀(103)包括同轴设置的阀体(104)和阀芯(105)，所述阀体(104)和阀芯(105)侧壁上均设置有泄流口，通过调速驱动单元调整阀体(104)和阀芯(105)上相对的泄流口的重合度的大小；
以及至少两个同轴设置在所述泄流调速阀(103)外壁上的驱动皮碗(102)，通过阀体(104)和阀芯(105)上相对的通孔实现驱动皮碗(102)两侧的介质的流通。
5.根据权利要求4所述的管道内智能封堵机器人，其特征在于，所述调速驱动单元包括设置在所述调速壳体(101)内部的调速电机(106)、调速齿轮减速组(107)和调速电源(109)，所述调速电机(106)通过所述调速齿轮减速组(107)和所述阀芯(105)连接，带动所述阀芯(105)相对阀体(104)绕轴线转动，调整阀体(104)和阀芯(105)上相对的通孔开口的大小；所述调速电源(109)和所述调速电机(106)电连接。
6.根据权利要求4所述的管道内智能封堵机器人，其特征在于，所述封堵单元(2)包括：
封堵壳体(201)，所述封堵壳体(201)一端和所述调速壳体(101)一端通过铰链连接；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体(101)外壁两端部的多个封堵支撑轮(202)，每一端部的封堵支撑轮(202)圆周均布；
套在所述封堵壳体(201)外的多个封堵密封圈(203)，所述封堵密封圈(203)由内环向外环方向轴向宽度逐渐变大，多个所述封堵密封圈(203)整体的一侧和封堵壳体(201)上的凸起配合，所述凸起侧面和所述封堵密封圈(203)端面贴合；
设置在相邻两个封堵密封圈(203)之间的挤压环，所述挤压环套在所述封堵壳体(201)外，挤压环两侧的端面和相邻的两个封堵密封圈(203)的端面贴合；
套在所述封堵壳体(201)外并位于多个所述封堵密封圈(203)整体的另一侧的封堵压力环(205)，所述封堵压力环(205)的一个端面和相邻的封堵密封圈(203)端面贴合；
以及和所述封堵压力环(205)另一个端面接触的封堵承压件(204)，所述封堵承压件(204)通过封堵驱动单元带动挤压封堵密封圈(203)。
7.根据权利要求6所述的管道内智能封堵机器人，其特征在于，所述封堵驱动单元包括设置在所述封堵壳体(201)内的封堵电源(207)、封堵丝杠副(208)、封堵电机(209)和封堵齿轮减速组(210)，所述封堵电机(209)通过封堵齿轮减速组(210)带动封堵丝杠副(208)转动，进而带动所述封堵承压件(204)沿轴向往复运动，所述封堵电源(207)和所述封堵电机(209)电连接。
8.根据权利要求6所述的管道内智能封堵机器人，其特征在于，所述驻锚单元(3)包括：
驻锚壳体(301)，所述驻锚壳体(301)的一端和所述封堵壳体(201)的另一端通过铰链连接；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述驻锚壳体(301)外壁两端部的多个驻锚支撑轮(302)，每一端部的驻锚支撑轮(302)圆周均布；
固定在所述驻锚壳体(301)上的锥体(303)，所述锥体(303)的外表面为锥面；
设置在所述锥体(303)锥面和待封堵的管道内壁之间锚爪(304)，所述锥体(303)的锥面通过滑轨副(305)和锚爪(304)滑动配合；
套在所述驻锚壳体(301)外一端面和所述锚爪(304)一端接触的驻锚压力环(306)，通过所述驻锚压力环(306)推动所述锚爪(304)相对锥体(303)沿轴向滑动；
以及和所述驻锚压力环(306)另一个端面接触的驻锚承压件(307)，所述驻锚承压件(307)通过驻锚驱动单元推动沿轴线方向滑动。
9.根据权利要求8所述的管道内智能封堵机器人，其特征在于，所述驻锚驱动单元包括设置在所述驻锚壳体(301)内的驻锚电源(308)、驻锚丝杠副(309)、驻锚电机(310)和驻锚齿轮减速组(311)，所述驻锚电机(310)通过驻锚齿轮减速组(311)带动驻锚丝杠副(309)转动，进而带动所述驻锚承压件(307)沿轴向往复运动，所述驻锚电源(308)和所述驻锚电机(310)电连接。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于管道维修维护机器人技术领域，具体涉及一种管道内智能封堵机器人。
背景技术
由于地球上的人类居民增长的越来越快，人类对资源的需求也越来越多，为了生存和发展，人们开始了向海洋进军。而海洋最重要的资源就是石油，由于海洋环境的复杂多变性，海底石油气输送管道在长期服役的过程之中，难免会因潮流、地震、材料缺陷等等原因，而产生输送管道的损坏导致石油气的泄露，使得海洋生态环境受到污染和破坏，甚至危及海上作业人员的人身安全，给社会也会带来极大的负面影响。
现有技术中，为了能够完成深海海底管道的维修封堵工作，出现多种智能的封堵器。智能封堵器可以针对基于液压系统、密封材料、自动控制系统等模块及其产品的测试和整个系统的运动仿真。封堵器的传感器和控制元件需要密封处理，密封材料选用高强聚氨酯材料，电缆要做耐腐蚀处理。封堵器需要一定的运动柔性，各个部件的连接设计成球杆铰连接；封堵器还需要保证液压软管连接的可靠性，设计成内外弹性套筒连接。现有的封堵器结构复杂，应用液压等系统，管路复杂，技术要求高，精度要求高，成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种管道内智能封堵机器人，解决现有技术存在的管路复杂、成本高、技术要求高以及精度要求高的问题。
为实现上述目的，本实用新型的管道内智能封堵机器人包括沿待封堵的管道轴线同轴设置的调速单元、封堵单元和驻锚单元；
所述调速单元至少包括泄流调速结构，通过调节泄流调速结构的泄流口大小调整速度；
所述封堵单元至少包括两个并排设置并和待封堵的管道同轴的弹性变形体，所述弹性变形体沿径向变形；
通过所述驻锚单元实现机器人整体相对待封堵的管道内壁的锁定。
所述弹性变形体为封堵密封圈，所述封堵密封圈受轴向力挤压并沿径向变形。
所述驻锚单元至少包括固定的锥体以及相对所述锥体沿轴向移动的锚爪，所述锚爪相对锥体移动沿垂直待封堵的管道的内壁方向挤压内壁实现锁定。
所述调速单元包括：
调速壳体；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体外壁一端部的多个圆周均布的调速支撑轮，所述支撑轮和待封堵的管道内壁接触；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体外壁另一端部的泄流调速阀，所述泄流调速阀包括同轴设置的阀体和阀芯，所述阀体和阀芯侧壁上均设置有泄流口，通过调速驱动单元调整阀体和阀芯上相对的泄流口的重合度的大小；
以及至少两个同轴设置在所述泄流调速阀外壁上的驱动皮碗，通过阀体和阀芯上相对的通孔实现驱动皮碗两侧的介质的流通。
所述调速驱动单元包括设置在所述调速壳体内部的调速电机、调速齿轮减速组和调速电源，所述调速电机通过所述调速齿轮减速组和所述阀芯连接，带动所述阀芯相对阀体绕轴线转动，调整阀体和阀芯上相对的通孔开口的大小；所述调速电源和所述调速电机电连接。
所述封堵单元包括：
封堵壳体，所述封堵壳体一端和所述调速壳体一端通过铰链连接；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体外壁两端部的多个封堵支撑轮，每一端部的封堵支撑轮圆周均布；
套在所述封堵壳体外的多个封堵密封圈，所述封堵密封圈由内环向外环方向轴向宽度逐渐变大，多个所述封堵密封圈整体的一侧和封堵壳体上的凸起配合，所述凸起侧面和所述封堵密封圈端面贴合；
设置在相邻两个封堵密封圈之间的挤压环，所述挤压环套在所述封堵壳体外，挤压环两侧的端面和相邻的两个封堵密封圈的端面贴合；
套在所述封堵壳体外并位于多个所述封堵密封圈整体的另一侧的封堵压力环，所述封堵压力环的一个端面和相邻的封堵密封圈端面贴合；
以及和所述封堵压力环另一个端面接触的封堵承压件，所述封堵承压件通过封堵驱动单元带动挤压封堵密封圈。
所述封堵驱动单元包括设置在所述封堵壳体内的封堵电源、封堵丝杠副、封堵电机和封堵齿轮减速组，所述封堵电机通过封堵齿轮减速组带动封堵丝杠副转动，进而带动所述封堵承压件沿轴向往复运动，所述封堵电源和所述封堵电机电连接。
所述驻锚单元包括：
驻锚壳体，所述驻锚壳体的一端和所述封堵壳体的另一端通过铰链连接；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述驻锚壳体外壁两端部的多个驻锚支撑轮，每一端部的驻锚支撑轮圆周均布；
固定在所述驻锚壳体上的锥体，所述锥体的外表面为锥面；
设置在所述锥体锥面和待封堵的管道内壁之间锚爪，所述锥体的锥面通过滑轨副和锚爪滑动配合；
套在所述驻锚壳体外一端面和所述锚爪一端接触的驻锚压力环，通过所述驻锚压力环推动所述锚爪相对锥体沿轴向滑动；
以及和所述驻锚压力环另一个端面接触的驻锚承压件，所述驻锚承压件通过驻锚驱动单元推动沿轴线方向滑动。
所述驻锚驱动单元包括设置在所述驻锚壳体内的驻锚电源、驻锚丝杠副、驻锚电机和驻锚齿轮减速组，所述驻锚电机通过驻锚齿轮减速组带动驻锚丝杠副转动，进而带动所述驻锚承压件沿轴向往复运动，所述驻锚电源和所述驻锚电机电连接。
本实用新型的有益效果为：本实用新型的管道内智能封堵机器人为具有独立驱动调速单元的封堵机器人，其总体结构由调速单元、封堵单元及驻锚单元构成。该机器人利用调速单元的将管道内介质隔离成上游及下游两部分，上下游的压力差产生驱动力，驱使机器人沿管道前行，在机器人行进过程中调速单元通过调节泄流量来控制机器人的行进速度，可实现长距离全速前进，近距离减速并能准确停止；当机器人移动至封堵目标位置时，调速单元降低机器人的移动速度，驻锚单元通过锚爪将机器人与管壁锁定，实现机器人在管道内的可靠驻锚；机器人驻锚锁定后，封堵单元通过压缩密封胶囊，实现管道内介质的隔离与封堵。该机器人在作业时需两组配合工作，先后将两组机器人放入管道，两组机器人分别定位锁定在待维护管道的两端，进行管道封堵后为管道更换、维修及修补提供了一个封闭隔离的空间。本实用新型驱动为机械驱动，解决现有技术存在的管路复杂、成本高、技术要求高以及精度要求高的问题。
附图说明
图1为本实用新型的管道内智能封堵机器人整体结构示意图；
图2为本实用新型的管道内智能封堵机器人中调速单元结构示意图；
图3为本实用新型的管道内智能封堵机器人中封堵单元结构示意图；
图4为本实用新型的管道内智能封堵机器人中驻锚单元结构示意图；
其中：1、调速单元，101、调速壳体，102、驱动皮碗，103、泄流调速阀，104、阀体，105、阀芯，106、调速电机，107、调速齿轮减速组，108、调速支撑轮，109、调速电源，2、封堵单元，201、封堵壳体，202、封堵支撑轮，203、封堵密封圈，204、封堵承压件，205、封堵压力环，206、封堵挤压环，207、封堵电源，208、封堵丝杠副，209、封堵电机，210、封堵齿轮减速组，3、驻锚单元，301、驻锚壳体，302、驻锚支撑轮，303、锥体，304、锚爪，305、滑轨副，306、驻锚压力环，307、驻锚承压件，308、驻锚电源，309、驻锚丝杠副，310、驻锚电机，311、驻锚齿轮减速组。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。
参见附图1，本实用新型的管道内智能封堵机器人包括沿待封堵的管道轴线同轴设置的调速单元1、封堵单元2和驻锚单元3；
所述调速单元1至少包括泄流调速结构，通过调节泄流调速结构的泄流口大小调整速度；
所述封堵单元2至少包括两个并排设置并和待封堵的管道同轴的弹性变形体，所述弹性变形体沿径向变形；
通过所述驻锚单元3实现机器人整体相对待封堵的管道内壁的锁定。
所述弹性变形体为封堵密封圈203，所述封堵密封圈203受轴向力挤压并沿径向变形。
所述驻锚单元3至少包括固定的锥体303以及相对所述锥体303沿轴向移动的锚爪304，所述锚爪304相对锥体303移动沿垂直待封堵的管道的内壁方向挤压内壁实现锁定。
参见附图2，所述调速单元1包括：
调速壳体101；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体101外壁一端部的多个圆周均布的调速支撑轮108，所述支撑轮和待封堵的管道内壁接触；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体101外壁另一端部的泄流调速阀103，所述泄流调速阀103包括同轴设置的阀体104和阀芯105，阀体104与调速壳体101固接，阀体104圆周上均布了泄流口，阀芯105安装在阀体104内，圆周上也均布了泄流口，阀芯105通过调速电机106及调速齿轮减速组107驱动而发生转动，控制阀体104与阀芯105泄流口的重合度，进而通过控制泄流量而调节行进速度。
至少两个同轴设置在所述泄流调速阀103外壁上的驱动皮碗102，通过阀体104和阀芯105上相对的通孔实现驱动皮碗102两侧的介质的流通；本申请所指的介质为在待封堵的管道内流通的介质，可以是水、气、油等；
以及设置在所述调速壳体101内部的调速电机106、调速齿轮减速组107和调速电源109，所述调速电机106通过所述调速齿轮减速组107和所述阀芯105连接，带动所述阀芯105相对阀体104绕轴线转动，调整阀体104和阀芯105上相对的通孔开口的大小；阀体104和阀芯105相对转动，调整阀体104和阀芯105上相对的通孔相对面积的大小，即调整驱动皮碗102两侧介质流通开口的大小，从而控制泄流量的变化，通过对泄流量的控制，控制机器人两端的压差变化，进而实现行进速度的调节。所述调速电源109和所述调速电机106电连接。
双驱动皮碗102高效率的利用介质压差产生了行进的驱动力，机器人依靠调速支撑轮108的支撑可在管道内向前移动；调速电机106通过调速齿轮减速组107降速增矩后，可驱动泄流调速阀103的阀芯105发生转动，调整通孔开口的开口大小，即泄流口开口的大小，从而控制泄流量的变化，通过对泄流量的调控，控制机器人两端的压差变化，进而实现行进速度的调节。
参见附图3，所述封堵单元2包括：
封堵壳体201，所述封堵壳体201一端和所述调速壳体101一端通过铰链连接；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述调速壳体101外壁两端部的多个封堵支撑轮202，每一端部的封堵支撑轮202圆周均布；
套在所述封堵壳体201外的多个封堵密封圈203，所述封堵密封圈203由内环向外环方向轴向宽度逐渐变大，多个所述封堵密封圈203整体的一侧和封堵壳体201上的凸起配合，所述凸起侧面和所述封堵密封圈203端面贴合；
设置在相邻两个封堵密封圈203之间的挤压环，所述挤压环套在所述封堵壳体201外，挤压环两侧的端面和相邻的两个封堵密封圈203的端面贴合；
套在所述封堵壳体201外并位于多个所述封堵密封圈203整体的另一侧的封堵压力环205，所述封堵压力环205的一个端面和相邻的封堵密封圈203端面贴合；
和所述封堵压力环205另一个端面接触的封堵承压件204；
以及设置在所述封堵壳体201内的封堵电源207、封堵丝杠副208、封堵电机209和封堵齿轮减速组210，所述封堵电机209通过封堵齿轮减速组210带动封堵丝杠副208转动，进而带动所述封堵承压件204沿轴向往复运动，所述封堵电源207和所述封堵电机209电连接。
封堵壳体201两端装有封堵支撑轮202，确保机器人在管道内可低阻力移动；封堵壳体201内装有封堵电机209，封堵电机209通过封堵齿轮减速组210降速增矩之后，将动力传递给封堵丝杠副208，封堵丝杠副208驱动封堵承压件204及封堵压力环205沿机器人封堵壳体201的轴向移动，在封堵压力环205轴向挤压的作用下，借助封堵挤压环206的中间传力作用，两个封堵密封圈203受到轴向挤压产生压缩变形，从而产生径向的扩张形变，径向扩张后的封堵密封圈203与管壁作用，实现介质的阻断与密封。
参见附图4，所述驻锚单元3包括：
驻锚壳体301，所述驻锚壳体301的一端和所述封堵壳体201的另一端通过铰链连接；
沿所述待封堵的管道轴线方向设置在所述驻锚壳体301外壁两端部的多个驻锚支撑轮302，每一端部的驻锚支撑轮302圆周均布；
固定在所述驻锚壳体301上的锥体303，所述锥体303的外表面为锥面，即锥体303内圆柱面和所述驻锚壳体301外圆柱面接触，外锥面和待封堵的管道的内壁相对；
设置在所述锥体303锥面和待封堵的管道内壁之间锚爪304，所述锥体303的锥面通过滑轨副305和锚爪304滑动配合；
套在所述驻锚壳体301外一端面和所述锚爪304一端接触的驻锚压力环306，通过所述驻锚压力环306推动所述锚爪304相对锥体303沿轴向滑动；
和所述驻锚压力环306另一个端面接触的驻锚承压件307；
以及设置在所述驻锚壳体301内的驻锚电源308、驻锚丝杠副309、驻锚电机310和驻锚齿轮减速组311，所述驻锚电机310通过驻锚齿轮减速组311带动驻锚丝杠副309转动，进而带动所述驻锚承压件307沿轴向往复运动，所述驻锚电源308和所述驻锚电机310电连接。
驻锚壳体301两端装有驻锚支撑轮302，确保机器人在管道内可低阻力移动；驻锚壳体301内装有驻锚电机310，驻锚电机310通过驻锚齿轮减速组311降速增矩之后，将动力传递给驻锚丝杠副309，丝杠副驱动驻锚承压件307及驻锚压力环306沿机器人驻锚壳体301的轴向移动，驻锚压力环306利用锥面推动锚爪304沿锥体303上的滑轨副305产生径向相对位移，从而使锚爪304与管道内壁接触，随着驻锚电机310加载，作用在锚爪304上的推力将持续增加，从而实现机器人在管道内的可靠锁定。
本实施例中的调速支撑轮108、封堵支撑轮202以及驻锚支撑轮302结构相同，与对应的调速壳体101、封堵壳体201以及驻锚壳体301之间的连接关系也相同，以调速支撑轮108结构及其与调速壳体101之间的连接为例：所述调速支撑轮108包括垂直流体流动方向的支撑框、垂直流体流动方向设置在支撑框内支撑弹簧以及通过销轴和所述支撑框上端连接的支撑轮本体，所述销轴和流体流动方向垂直并和支撑框垂直，支撑弹簧一端和支撑框的内部一端接触，另一端和销轴外圆柱面接触，支撑轮本体不仅对机器人提供前进的摩擦力，还通过支撑弹簧实现机器人的微小变径，为更顺利的通过弯管提供保障；同时对机器人起支撑作用，保障机器人在管道内的运作过程。
本实施中相邻两个单元之间的连接采用铰链连接，连接形式相同，即调速单元1和封堵单元2之间的连接与封堵单元2和驻锚单元3之间的连接结构及原理相同，具体为：中间连杆两端和两个分连杆的一端分别转动配合，两个分连杆的另一端和相邻两个单元的壳体铰接，即位于调速单元1和封堵单元2之间两个分连杆两端分别和调速壳体101及封堵壳体201铰接，位于封堵单元2和驻锚单元3之间的两个分连杆两端分别和封堵壳体201及驻锚壳体301铰接。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920291705.1
申请日:2019-03-07
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:22(吉林)
授权编号:CN209622305U
授权时间:20191112
主分类号:F16L 55/162
专利分类号:F16L55/162;F16L55/28;F16L55/163;F16L55/1645;F16L101/10
范畴分类:27G;
申请人:北华大学
第一申请人:北华大学
申请人地址:132000吉林省吉林市滨江东路3999号
发明人:魏亚博;吴端丽;张田泽;罗春阳;李建永;孙程;李忠山;卢壮旗;曹誉严;刘鑫
第一发明人:魏亚博
当前权利人:北华大学
代理人:尹庆娟
代理机构:22214
代理机构编号:长春众邦菁华知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计