基本信息
- 项目名称：
- 可变径、弯管、垂直行进机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本管道行进机器人由三个部分组成：机械部分、控制部分、气动部分；机械部分由两组爬行机械臂、三个气缸、两个联轴节、四个支撑环组成；机械臂和支撑杆，实现本装置在管道内壁的爬行。由于四个支撑环用6根拉簧周向均布固定在管道内壁上，可实现竖直或任意角度倾斜的直管道的行走；两端分别用联轴节连接可实现一定角度的管道转弯。
- 详细介绍：
- 本管道行进机器人由三个部分组成：机械部分、控制部分、气动部分。 机械部分由两组爬行机械臂、三个气缸、两个联轴节、四个支撑环组成。 两组爬行机械臂是由四根对称的机械臂和支撑杆用螺栓连接组成，实现本装置在管道内壁的爬行，它们可以根据管道直径的变化进行调节更换，从而可以适用直径范围为200mm-300mm的管道。 由于四个支撑环用6根拉簧周向均布固定在管道内壁上，可伸缩的弹力使得机器人有很大的张力在管壁内行走不会滑落，可实现竖直或任意角度倾斜的直管道的行走。 当调节机械臂时支撑环上的弹簧也要进行相应的调整。 整个机器是对称分布，运动时先对后面的薄型气缸充气，气缸充气由伸长变为缩短从而带动安装在上面的机械臂撑开，机器向前行走；气缸伸缩到达最大限度后继续伸长，继续前行，同样的，气缸可以后退,带动机器人实现往复的运动。 三个气缸之间分别用自主创新的弹簧联轴器连接，弹簧联轴器具有一定的挠度，满足在弯管道的步进爬行和转弯时所需的弯曲度，使得行进机器人更加灵活可实现一定角度的管道转弯。 控制部分由PLC对电磁阀实现全程控制，可以实现自动、手动、步进等操作；行走时间可以自由控制，方便简捷。 气动部分是空气压缩机为本装置提供了所有的动力来源，比起用电力作为动力来源时更加快速。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计：设计一种可以在一定管道直径范围内、一定倍率的弯道和垂直的管道内行走的机器人。 发明目的：发明一种便捷行进机器人作为载体解决现实中对各种管道进行清洗、疏通、探照、探伤等工作的难题。 基本思路：我们对实际工程所用的一些管道行进机器人进行考察。本装置就是以此为基础进行实验研究的。 创新及特点： 1、气动驱动：行走速度快且可在0.5-2米/分的范围内调节 ，气动扩展机械臂：张力大，可在倾斜角度大甚至竖直的管道内行走； 2、实现往复运动、PLC智能控制、信号控制稳定，可变换步进节奏，调节各种工作状态； 3、支撑和机械臂长度可调换，无复合撑脚时行进机器人适应直径180mm-240mm范围内的管道，加上复合撑脚时行进机器人适应直径200mm-300mm范围内的管道； 4、采用自行创新设计的弹簧联轴器连接，使得行进机器人更加灵活、可适应弯管行进。 技术关键： 两个气缸之间的连接采用自主创新的弹簧联轴器，弹簧联轴节具有较大的挠度，满足在一定弯道半径的管道内步进爬行。 主要技术指标： 1、本装置由三部分组成，每部分有独立的气缸，在PLC的控制下可实现步进行进。 2、一定范围内适应直径最小为180mm和直径最大为300mm的管道，气缸收缩量可变，每套撑脚可适应小范围内的管径变化，撑脚可换，拆装方便，适应性强。 3、三个部分之间采用弹簧连接，可根据管道直径大小适应弯曲半径在一定范围内的管道。
科学性、先进性
- 作品的科学性先进性： 本管道行进机器人主要作为载体加上一些不同用途的装置以达到清洗管道、疏通管道、管道探照、管道探伤的作用。与现有的技术相比该作品行进时张力大，行走速度快且可调 、可在竖直、倾斜角度大的直管道内行走；可实现往复运动、PLC智能控制、信号控制稳定，可变换步进节奏；它的支撑和机械臂长度均可调换，可适应大范围不同直径管道行进；并且同一套撑脚可以适应小范围管径变化；机器人以及管道的同轴度要求不苛刻，可以有稍许的偏差。它的灵活性强，装卸方便，工作范围广泛；而且采用独特的整体结构设计和行进方式。 它的动力部分由空气压缩机全程提供动力与电力动源相比它使机器人的行进速度更快速；控制部分由PLC对电磁阀实现全程控制，可以实现自动、手动、步进等操作；行走时间可以自由控制，方便简捷。
获奖情况及鉴定结果
- 该行进机器人在改进前参加了2010年的第三届全国大学生过程装备实践与创新大赛并被评为二等奖。我们对其进行适当的改进来参加这次评比。
作品所处阶段
- 实验室改进中
技术转让方式
- 还未有技术转让
作品可展示的形式
- 实物、图片、现场演示、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 将行进机器人的头部塞进管道内，在管道内壁的作用下，柔性支撑受到来自管壁的压力，开始受压变形，均匀分布的六根弹簧就紧紧张开在管道内壁，防止垂直或倾斜时下滑。样的行进机器人四组支撑已经全部正常在管道内壁支撑开，第一个气缸收缩带动撑脚涨紧管壁，同时第三个气缸控制撑脚收缩，中间气缸完成一次推进，保证了行进机器人的步进运动。 技术特点和优势： 采用空气压缩机作为原动力，他的主要特点是运动速度特别快。 弹簧联轴器的主要作用就是实现拐弯，所以我们的装置在大倍率的弯管的拐弯方面表现的还是不错的。 适用范围： 该机器人应用的领域广泛可用来进行检测、探伤、喷涂、焊接、清洗等各种特定的作业。 推广前景： 由于本作品的性价比高，制作成本低，可用于各种不同安装的管道，其市场应用前景非常广泛。 经济效益预测： 该作品由于作为载体用途广泛，可用于化工管道的探伤、清洗等工作，符合实际的需求，可以创造出可观的经济效益
同类课题研究水平概述
- 当今人类将管道越来越多的应用到各个领域，如石化、天然气、核工业、给排水、管道输送等领域，管道都起着极其重要的作用。管道制作使用的材质也从金属发展到玻璃钢、复合管、PVC、PE等多种类型，从此让各类介质输送都得到良好的安全保证。其中从世界管道建设里程图中可以看出，目前世界石油管道大多数运行时间都接近管道的使用寿命，管道给人类带来的便利同时也带来烦恼，管道自然腐蚀穿孔跑冒滴漏和人为破坏现象经常导致管道的堵漏问题。实践中也存在着很多因为管道发生腐蚀、疲劳破坏、杂质在管道中沉积等等现象从而严重影响管道的运行效率及安全，为此我们需要对地下输送管道进行质检、维护、清洗等作业。 管道机器人是机器人技术领域的一个新分支，其以管内移动机构载体为依托，配置相应的执行装置和传感器，来完成管内的检测、探伤、喷涂、焊接等各种特定的作业，是机电一体化高技术产品，我们考察到的实际工程所用的一些管道行进器。本装置就是以此为基础进行实验研究的，我们的管道机器人系统有行走机构、控制机构和相关的辅助设备(用于管内壁观察和检测装置、控制和通讯等)组成一个载物平台，按照不同工作需要，我们可以加上管内缺陷的修补装置、清洗装置等。
