基本信息
- 項目名稱：
- 可變徑、彎管、垂直行進機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本管道行進機器人由三個部分組成：機械部分、控制部分、氣動部分；機械部分由兩組爬行機械臂、三個氣缸、兩個聯(lián)軸節(jié)、四個支撐環(huán)組成；機械臂和支撐桿，實現(xiàn)本裝置在管道內(nèi)壁的爬行。由于四個支撐環(huán)用6根拉簧周向均布固定在管道內(nèi)壁上，可實現(xiàn)豎直或任意角度傾斜的直管道的行走；兩端分別用聯(lián)軸節(jié)連接可實現(xiàn)一定角度的管道轉(zhuǎn)彎。
- 詳細介紹：
- 本管道行進機器人由三個部分組成：機械部分、控制部分、氣動部分。 機械部分由兩組爬行機械臂、三個氣缸、兩個聯(lián)軸節(jié)、四個支撐環(huán)組成。 兩組爬行機械臂是由四根對稱的機械臂和支撐桿用螺栓連接組成，實現(xiàn)本裝置在管道內(nèi)壁的爬行，它們可以根據(jù)管道直徑的變化進行調(diào)節(jié)更換，從而可以適用直徑范圍為200mm-300mm的管道。 由于四個支撐環(huán)用6根拉簧周向均布固定在管道內(nèi)壁上，可伸縮的彈力使得機器人有很大的張力在管壁內(nèi)行走不會滑落，可實現(xiàn)豎直或任意角度傾斜的直管道的行走。 當調(diào)節(jié)機械臂時支撐環(huán)上的彈簧也要進行相應的調(diào)整。 整個機器是對稱分布，運動時先對后面的薄型氣缸充氣，氣缸充氣由伸長變?yōu)榭s短從而帶動安裝在上面的機械臂撐開，機器向前行走；氣缸伸縮到達最大限度后繼續(xù)伸長，繼續(xù)前行，同樣的，氣缸可以后退,帶動機器人實現(xiàn)往復的運動。 三個氣缸之間分別用自主創(chuàng)新的彈簧聯(lián)軸器連接，彈簧聯(lián)軸器具有一定的撓度，滿足在彎管道的步進爬行和轉(zhuǎn)彎時所需的彎曲度，使得行進機器人更加靈活可實現(xiàn)一定角度的管道轉(zhuǎn)彎。 控制部分由PLC對電磁閥實現(xiàn)全程控制，可以實現(xiàn)自動、手動、步進等操作；行走時間可以自由控制，方便簡捷。 氣動部分是空氣壓縮機為本裝置提供了所有的動力來源，比起用電力作為動力來源時更加快速。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 作品設計：設計一種可以在一定管道直徑范圍內(nèi)、一定倍率的彎道和垂直的管道內(nèi)行走的機器人。 發(fā)明目的：發(fā)明一種便捷行進機器人作為載體解決現(xiàn)實中對各種管道進行清洗、疏通、探照、探傷等工作的難題。 基本思路：我們對實際工程所用的一些管道行進機器人進行考察。本裝置就是以此為基礎進行實驗研究的。 創(chuàng)新及特點： 1、氣動驅(qū)動：行走速度快且可在0.5-2米/分的范圍內(nèi)調(diào)節(jié) ，氣動擴展機械臂：張力大，可在傾斜角度大甚至豎直的管道內(nèi)行走； 2、實現(xiàn)往復運動、PLC智能控制、信號控制穩(wěn)定，可變換步進節(jié)奏，調(diào)節(jié)各種工作狀態(tài)； 3、支撐和機械臂長度可調(diào)換，無復合撐腳時行進機器人適應直徑180mm-240mm范圍內(nèi)的管道，加上復合撐腳時行進機器人適應直徑200mm-300mm范圍內(nèi)的管道； 4、采用自行創(chuàng)新設計的彈簧聯(lián)軸器連接，使得行進機器人更加靈活、可適應彎管行進。 技術(shù)關(guān)鍵： 兩個氣缸之間的連接采用自主創(chuàng)新的彈簧聯(lián)軸器，彈簧聯(lián)軸節(jié)具有較大的撓度，滿足在一定彎道半徑的管道內(nèi)步進爬行。 主要技術(shù)指標： 1、本裝置由三部分組成，每部分有獨立的氣缸，在PLC的控制下可實現(xiàn)步進行進。 2、一定范圍內(nèi)適應直徑最小為180mm和直徑最大為300mm的管道，氣缸收縮量可變，每套撐腳可適應小范圍內(nèi)的管徑變化，撐腳可換，拆裝方便，適應性強。 3、三個部分之間采用彈簧連接，可根據(jù)管道直徑大小適應彎曲半徑在一定范圍內(nèi)的管道。
科學性、先進性
- 作品的科學性先進性： 本管道行進機器人主要作為載體加上一些不同用途的裝置以達到清洗管道、疏通管道、管道探照、管道探傷的作用。與現(xiàn)有的技術(shù)相比該作品行進時張力大，行走速度快且可調(diào) 、可在豎直、傾斜角度大的直管道內(nèi)行走；可實現(xiàn)往復運動、PLC智能控制、信號控制穩(wěn)定，可變換步進節(jié)奏；它的支撐和機械臂長度均可調(diào)換，可適應大范圍不同直徑管道行進；并且同一套撐腳可以適應小范圍管徑變化；機器人以及管道的同軸度要求不苛刻，可以有稍許的偏差。它的靈活性強，裝卸方便，工作范圍廣泛；而且采用獨特的整體結(jié)構(gòu)設計和行進方式。 它的動力部分由空氣壓縮機全程提供動力與電力動源相比它使機器人的行進速度更快速；控制部分由PLC對電磁閥實現(xiàn)全程控制，可以實現(xiàn)自動、手動、步進等操作；行走時間可以自由控制，方便簡捷。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該行進機器人在改進前參加了2010年的第三屆全國大學生過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽并被評為二等獎。我們對其進行適當?shù)母倪M來參加這次評比。
作品所處階段
- 實驗室改進中
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 還未有技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、圖片、現(xiàn)場演示、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 將行進機器人的頭部塞進管道內(nèi)，在管道內(nèi)壁的作用下，柔性支撐受到來自管壁的壓力，開始受壓變形，均勻分布的六根彈簧就緊緊張開在管道內(nèi)壁，防止垂直或傾斜時下滑。樣的行進機器人四組支撐已經(jīng)全部正常在管道內(nèi)壁支撐開，第一個氣缸收縮帶動撐腳漲緊管壁，同時第三個氣缸控制撐腳收縮，中間氣缸完成一次推進，保證了行進機器人的步進運動。 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 采用空氣壓縮機作為原動力，他的主要特點是運動速度特別快。 彈簧聯(lián)軸器的主要作用就是實現(xiàn)拐彎，所以我們的裝置在大倍率的彎管的拐彎方面表現(xiàn)的還是不錯的。 適用范圍： 該機器人應用的領(lǐng)域廣泛可用來進行檢測、探傷、噴涂、焊接、清洗等各種特定的作業(yè)。 推廣前景： 由于本作品的性價比高，制作成本低，可用于各種不同安裝的管道，其市場應用前景非常廣泛。 經(jīng)濟效益預測： 該作品由于作為載體用途廣泛，可用于化工管道的探傷、清洗等工作，符合實際的需求，可以創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟效益
同類課題研究水平概述
- 當今人類將管道越來越多的應用到各個領(lǐng)域，如石化、天然氣、核工業(yè)、給排水、管道輸送等領(lǐng)域，管道都起著極其重要的作用。管道制作使用的材質(zhì)也從金屬發(fā)展到玻璃鋼、復合管、PVC、PE等多種類型，從此讓各類介質(zhì)輸送都得到良好的安全保證。其中從世界管道建設里程圖中可以看出，目前世界石油管道大多數(shù)運行時間都接近管道的使用壽命，管道給人類帶來的便利同時也帶來煩惱，管道自然腐蝕穿孔跑冒滴漏和人為破壞現(xiàn)象經(jīng)常導致管道的堵漏問題。實踐中也存在著很多因為管道發(fā)生腐蝕、疲勞破壞、雜質(zhì)在管道中沉積等等現(xiàn)象從而嚴重影響管道的運行效率及安全，為此我們需要對地下輸送管道進行質(zhì)檢、維護、清洗等作業(yè)。 管道機器人是機器人技術(shù)領(lǐng)域的一個新分支，其以管內(nèi)移動機構(gòu)載體為依托，配置相應的執(zhí)行裝置和傳感器，來完成管內(nèi)的檢測、探傷、噴涂、焊接等各種特定的作業(yè)，是機電一體化高技術(shù)產(chǎn)品，我們考察到的實際工程所用的一些管道行進器。本裝置就是以此為基礎進行實驗研究的，我們的管道機器人系統(tǒng)有行走機構(gòu)、控制機構(gòu)和相關(guān)的輔助設備(用于管內(nèi)壁觀察和檢測裝置、控制和通訊等)組成一個載物平臺，按照不同工作需要，我們可以加上管內(nèi)缺陷的修補裝置、清洗裝置等。
