管道表面附着物清理机器人

摘要

本发明公开了一种管道表面附着物清理机器人，属于机器人制备技术领域。上述管道表面附着物清理机器人包括弧形壳体，所述弧形壳体的内侧设置有用于使弧形壳体在待清污管道上移动的轮式移动机构，所述弧形壳体上设置有用于推进弧形壳体沿待清污管道移动的矢量推进机构、用于将弧形壳体固定在待清污管道上的固定装置、用于对待清污管道进行清污的高压水枪系统、用于调整高压水枪系统的水枪在待清污管道径向位置的水枪回转机构和设置在所述水枪回转机构上用于调节水枪位姿的水枪位姿调节机构。本发明的管道表面附着物清理机器人能够实现待清污管道表面污物高效全面的清理。

权利要求

1.一种管道表面附着物清理机器人，其特征在于，包括弧形壳体，所述弧形壳体的内侧设置有用于使弧形壳体在待清污管道上移动的轮式移动机构，所述弧形壳体上设置有用于推进弧形壳体沿待清污管道移动的矢量推进机构、用于将弧形壳体固定在待清污管道上的固定装置、用于对待清污管道进行清污的高压水枪系统、用于调整高压水枪系统的水枪在待清污管道径向位置的水枪回转机构和设置在所述水枪回转机构上用于调节水枪位姿的水枪位姿调节机构；

所述弧形壳体的四角设置有凸耳，所述凸耳上设置有透孔，所述透孔内穿设有移动推杆，所述移动推杆的上端设置有滚子，所述移动推杆的下端设置万向滚轮，所述滚子和凸耳之间在所述移动推杆上套设有弹簧。

2.根据权利要求1所述的管道表面附着物清理机器人，其特征在于，所述水枪回转机构包括设置在所述弧形壳体头部的弧形回转支架，所述弧形回转支架上设置有回转滑轨，所述回转滑轨上设置有回转滑块。

3.根据权利要求2所述的管道表面附着物清理机器人，其特征在于，所述水枪位姿调节机构包括滑块支架、气缸和水枪支撑杆，所述滑块支架设置在所述回转滑块上，所述气缸的一端铰接在所述滑块支架的下部，所述水枪支撑杆的一端铰接在所述滑块支架的上部，所述水枪支撑杆的另一端铰接在所述气缸的另一端，所述高压水枪系统的水枪设置在所述水枪支撑杆上。

4.根据权利要求1-3任一所述的管道表面附着物清理机器人，其特征在于，所述固定装置为夹紧机构，所述夹紧机构为两个且分别位于弧形壳体长度方向的两侧；所述夹紧机构包括设置在所述弧形壳体中部的由第一电机驱动的丝杠、安装在所述丝杠上的螺母滑块、固定在所述螺母滑块两端的连杆以及连接在所述连杆末端的W形导杆，所述W形导杆的中部铰接在所述弧形壳体的宽度方向的两端；所述矢量推进机构为串联矢量推进机构。

5.根据权利要求4所述的管道表面附着物清理机器人，其特征在于，所述轮式移动机构包括设置在所述弧形壳体四角的万向滚轮和设置在所述弧形壳体中部用于向弧形壳体内侧产生推力的单自由度螺旋桨，所述单自由度螺旋桨包括第二电机和连接在所述第二电机上的螺旋桨。

6.根据权利要求5所述的管道表面附着物清理机器人，其特征在于，所述滚子位于所述夹紧机构的W形导杆上部的下方，当所述W形导杆夹持待清污管道时，所述W形导杆与滚子不接触，当所述W形导杆松开不夹持待清污管道时，所述W形导杆的上部接触并推动所述滚子向下移动。

7.根据权利要求1-3任一所述的管道表面附着物清理机器人，其特征在于，所述固定装置为永磁吸附装置，所述磁吸附装置包括多个吸附单元，每个吸附单元由两块永磁体和一块轭铁组成乙型磁路；所述矢量推进机构为并联矢量推进机构。

8.根据权利要求7所述的管道表面附着物清理机器人，其特征在于，所述轮式移动机构包括设置在所述弧形壳体四角的万向滚轮。

说明书

管道表面附着物清理机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人制备技术领域，特别是指一种管道表面附着物清理机器人。

背景技术

[0002] 近几十年来，随着我国海上油田的不断开发和海洋石油工业的发展，井口平台作为海洋石油开采作业中的重要装备，在现代海洋开发中扮演着越来越重要的角色。但是，海洋生物会长期大量吸附在海水全浸区和潮差区的井口平台导管架上，常见的附着海洋生物有腾底、藻类即海洋软体生物等。附着的海洋生物改变了导管架表面的粗糙度和阻尼系数，增大了导管架的表面积，同时也增加了导管架的总重量，使导管架承受更大的重量载荷、波浪载荷即海流作用力，平台稳定性即抗风暴能力下降，危险发生几率大大增加。同时，海洋生物长期附着在导管架表面也加剧了海洋环境对井口平台的腐蚀，也使导管壁的光滑性降低，增加了柱腿所受的纵荡、横荡和首摇方向的波浪平均漂流力，给安全生产带来巨大威胁，因此井口平台导管架需要进行定期清理。

[0003] 目前，我国针对海洋井口平台导管架附着海洋生物的清理方法，还是主要依靠潜水员潜入海底利用水射流对海洋生物进行清理，但是人工清理作业的效率较低，浪费大量的人力物力。还有通过特定的清理设备来实现海上井口平台的清理工作，相比于人工清理，该方法效率较高，但是受环境因素影响较大，在一定程度上受到限制。另外，也有通过腰孔机械装备或者是机器人进行清理，清理效率较高且这种方法清理作业稳定、可靠、大大提高了清理作业的工作效率，同时适应复杂多变的海洋环境。

发明内容

[0004] 本发明提供一种可以替代人工操作方式，实现高质量、高效率清理待清污管道表面的污物的管道表面附着物清理机器人。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

[0006] 一种管道表面附着物清理机器人，包括弧形壳体，所述弧形壳体的内侧设置有用于使弧形壳体在待清污管道上移动的轮式移动机构，所述弧形壳体上设置有用于推进弧形壳体沿待清污管道移动的矢量推进机构、用于将弧形壳体固定在待清污管道上的固定装置、用于对待清污管道进行清污的高压水枪系统、用于调整高压水枪系统的水枪在待清污管道径向位置的水枪回转机构和设置在所述水枪回转机构上用于调节水枪位姿的水枪位姿调节机构；

[0007] 所述弧形壳体的四角设置有凸耳，所述凸耳上设置有透孔，所述透孔内穿设有移动推杆，所述移动推杆的上端设置有滚子，所述移动推杆的下端设置万向滚轮，所述滚子和凸耳之间在所述移动推杆上套设有弹簧。

[0008] 进一步的，所述水枪回转机构包括设置在所述弧形壳体头部的弧形回转支架，所述弧形回转支架上设置有回转滑轨，所述回转滑轨上设置有回转滑块。

[0009] 进一步的，所述水枪位姿调节机构包括滑块支架、气缸和水枪支撑杆，所述滑块支架设置在所述回转滑块上，所述气缸的一端铰接在所述滑块支架的下部，所述水枪支撑杆的一端铰接在所述滑块支架的上部，所述水枪支撑杆的另一端铰接在所述气缸的另一端，所述高压水枪系统的水枪设置在所述水枪支撑杆上。

[0010] 进一步的，所述固定装置为夹紧机构，所述夹紧机构为两个且分别位于弧形壳体长度方向的两侧；所述夹紧机构包括设置在所述弧形壳体中部由第一电机驱动的丝杠、安装在所述丝杠上的螺母滑块、固定在所述螺母滑块两端的连杆以及连接在所述连杆末端的W形导杆，所述W形导杆的中部铰接在所述弧形壳体的宽度方向的两端；所述矢量推进机构为串联矢量推进机构。

[0011] 进一步的，所述轮式移动机构包括设置在所述弧形壳体四角的万向滚轮和设置在所述弧形壳体中部用于向弧形壳体内侧产生推力的单自由度螺旋桨，所述单自由度螺旋桨包括第二电机和连接在所述第二电机上的螺旋桨。

[0012] 进一步的，所述滚子位于所述夹紧机构的W形导杆上部的下方，当所述W形导杆夹持待清污管道时，所述W形导杆与滚子不接触，当所述W形导杆松开不夹持待清污管道时，所述W形导杆的上部接触并推动所述滚子向下移动。

[0013] 进一步的，所述固定装置为永磁吸附装置，所述磁吸附装置包括多个吸附单元，每个吸附单元由两块永磁体和一块轭铁组成乙型磁路；所述矢量推进机构为并联矢量推进机构。

[0014] 进一步的，所述轮式移动机构包括设置在所述弧形壳体四角的万向滚轮。

[0015] 本发明的管道表面附着物清理机器人，使用时，首先通过矢量推进装置运动到合适位置，固定装置将管道表面附着物清理机器人与待清污管道固定在一起，然后在水枪位姿调节机构在调整到合适位置后，水枪回转机构与高压水枪同时工作，进行整周排污。在完成一个位置的垃圾清除后，此时固定装置松开，通过外力确保四个万向滚轮对管道有一定的作用力。通过矢量推进装置使机器人沿着待清污管道前行，对下一个位置进行排污。循环此系列动作完成对整个待清污管道的清洗排污。

[0016] 本发明具有以下有益效果：

[0017] 1)第一夹紧机构和第二夹紧机构与轮式移动机构构成了一个完全创新的平面八杆机构，且仅需通过一个驱动实现。进行夹紧时，滑块可以同时作用于两个抓手对管道进行加紧，同时设计的滑块本身可以对管道夹紧，这样每个夹紧机构就是实现一周三面的夹紧；松开时，机构是两个类凸轮机构，将机器人四个万向滚轮置于待清污管道上，构成一个轮式移动机构，以方便进行下一个动作。对该机构的研究可以很好地丰富机构的发展和实现创新应用；

[0018] 2)水枪位置调整机构和水枪回转机构的组成是一个改进的空间开链机构。该机构的设计可以实现高压水枪在多个角度位置、对管道整周的清洗，该设计丰富了机械手家族，实现了机械手在水下的应用；

[0019] 3)轮式移动机构不同于现已有的车辆的平面式机架，该设计是一个基于圆柱形的管道而创新的一个曲面式机架；该机构创新和拓展了车辆支架方面的研究，也为以后研究各种爬行机器人提供了设计借鉴经验，并拓展了思维；

[0020] 4)永磁吸附装置包含多个吸附单元，每个吸附单元由两块永磁体一块轭铁组成乙型磁路；经过有限元分析和优化设计的永磁吸附装置中的吸附单元体积均比同类小，且材料的性能高；

[0021] 5)本发明的管道表面附着物清理机器人能够实现替代人工操作方式，高质量、高效率的完成待清污管道表面污物的清理。

附图说明

[0022] 图1为本发明实施例一的管道表面附着物清理机器人的结构示意图；

[0023] 图2为本发明实施例一的管道表面附着物清理机器人的第一夹紧机构结构示意图；

[0024] 图3为本发明实施例一和实施例二的管道表面附着物清理机器人的水枪位姿调节机构结构示意图；

[0025] 图4为本发明实施例一和实施例二的管道表面附着物清理机器人的水枪回转机构结构示意图；

[0026] 图5为本发明实施例一的管道表面附着物清理机器人的轮式移动机构结构示意图；

[0027] 图6为本发明实施例二的管道表面附着物清理机器人的结构示意图；

[0028] 图7为本发明实施例二的管道表面附着物清理机器人的永磁吸附装置结构示意图；

[0029] 图8为本发明实施例二的管道表面附着物清理机器人的轮式移动机构结构示意图。

具体实施方式

[0030] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

[0031] 一种管道表面附着物清理机器人，如图1-8，包括弧形壳体，弧形壳体的内侧设置有用于使弧形壳体在待清污管道7上移动的轮式移动机构6，弧形壳体上设置有用于推进弧形壳体沿待清污管道7移动的矢量推进机构1、用于将弧形壳体固定在待清污管道7上的固定装置2、用于对待清污管道7进行清污的高压水枪系统3、用于调整高压水枪系统3的水枪31在待清污管道7径向位置的水枪回转机构5和设置在水枪回转机构5上用于调节水枪位姿的水枪位姿调节机构4。

[0032] 本发明的管道表面附着物清理机器人，使用时，首先通过矢量推进机构运动到合适位置，固定装置将管道表面附着物清理机器人与待清污管道固定在一起，然后通过水枪位姿调节机构将水枪调整到合适位置后，水枪回转机构与高压水枪同时工作，进行整周排污。在完成一个位置的垃圾清除后，此时固定装置松开，四个万向滚轮与待清污管道接触，通过外力确保四个万向滚轮对管道有一定的作用力。通过矢量推进装置使机器人沿着待清污管道前行，对下一个位置进行排污。循环此系列动作完成对整个待清污管道的清洗排污，实现替代人工操作方式，高质量、高效率的完成待清污管道表面污物的清理。

[0033] 下面以两个具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

[0034] 实施例一：

[0035] 如图1-5所示为管道表面附着物清理机器人的结构示意图。本实例包括弧形壳体，弧形壳体的内侧设置有用于使弧形壳体在待清污管道7上移动的轮式移动机构6，弧形壳体上设置有用于推进弧形壳体沿待清污管道7移动的矢量推进机构1、用于将弧形壳体固定在待清污管道7上的固定装置2、用于对待清污管道7进行清污的高压水枪系统3、用于调整高压水枪系统3的水枪31在待清污管道7径向位置的水枪回转机构5和设置在水枪回转机构5上用于调节水枪位姿的水枪位姿调节机构4。

[0036] 进一步的，水枪回转机构5包括设置在弧形壳体头部的弧形回转支架51，弧形回转支架51上设置有回转滑轨52，回转滑轨52上设置有回转滑块53，回转滑轨52可以在回转支架51上实现回转，能够与回转支架51形成完整的圆周，回转滑块53可以在回转滑轨52上实现回转，即能够实现沿待清污管道360°回转，便于全方位清理待清污管道表面的污物。

[0037] 进一步的，水枪位姿调节机构4包括滑块支架41、气缸43和水枪支撑杆42，滑块支架41设置在回转滑块53上，气缸43的一端铰接在滑块支架41的下部，水枪支撑杆42的一端铰接在滑块支架41的上部，水枪支撑杆42的另一端铰接在气缸43的另一端，高压水枪系统3的水枪31设置在水枪支撑杆42上。滑块支架41可在回转滑块53上上下运动，同时可以通过调整气缸43来调整水枪31相对于水平面的角度，最终达到调整水枪31位姿的目的。高压水枪系统3通过水枪31向待清污管道7表面喷射高压水射流以达到去除附着在待清污管道表面附着物的目的。

[0038] 进一步的，固定装置为夹紧机构2，夹紧机构2为两个且分别位于弧形壳体长度方向的两侧；夹紧机构2包括设置在弧形壳体中部由第一电机驱动的丝杠26、安装在丝杠26上的螺母滑块25、固定在螺母滑块25两端的连杆24以及连接在连杆24末端的W形导杆21，W形导杆21的中部铰接在弧形壳体的宽度方向的两端；矢量推进机构1为串联矢量推进机构。

[0039] 进一步的，轮式移动机构6包括设置在弧形壳体四角的万向滚轮22和设置在弧形壳体中部用于向弧形壳体内侧产生推力的单自由度螺旋桨，单自由度螺旋桨包括第二电机63和连接在第二电机63上的螺旋桨64，螺旋桨64用于使管道表面附着物清理机器人远离或者靠近待清污管道，以使其可以沿着待清污管道滚动移动。

[0040] 进一步的，弧形壳体的四角设置有凸耳62，凸耳62上设置有透孔，透孔内穿设有移动推杆28，移动推杆28的上端设置有滚子23，移动推杆28的下端设置万向滚轮22，滚子23和凸耳62之间在移动推杆28上套设有弹簧；

[0041] 当螺母滑块25沿着丝杠26竖直向上运动时，W形导杆21从待清污管道7上松开，螺母滑块25另外一端也远离管道，同时W形导杆21的上部接触并推动滚子23向下移动，将万向滚轮22压向待清污管道，最终夹紧机构松开，四个万向滚轮22与待清污管道贴合；当螺母滑块25沿着丝杠26竖直向下运动时，W形导杆21从待清污管道7上靠拢夹紧，螺母滑块25另外一端也贴合管道，同时W形导杆21远离滚子23，万向滚轮22在弹簧的作用下远离管道，最终夹紧机构将管道夹紧。

[0042] 此处的夹紧机构与轮式移动机构构成了一个完全创新的平面八杆机构，且仅需通过一个驱动实现。在机构进行夹紧时，螺母滑块可以同时作用于两个夹紧机构对管道进行加紧，同时设计的螺母滑块本身可以对待清污管道夹紧，这样每个夹紧机构就是实现一周三面的夹紧；松开时，夹紧机构作用于凸耳，将机器人四个万向滚轮置于待清污管道上，构成一个轮式移动机构，以方便进行下一个动作，对该机构的研究可以很好地丰富机构的发展和实现创新应用。

[0043] 本实施例的管道表面附着物清理机器人首先通过串联矢量推进装置1运动到合适位置，夹紧机构2将管道表面附着物清理机器人与待清污管道7固定在一起，然后在水枪位姿调节机构4在调整到合适位置后，水枪回转机构5与高压水枪系统3同时工作，进行整周排污。在完成一个位置的垃圾清除后，此时夹紧机构2松开，夹紧机构2会作用于四个万向滚轮22与待清污管道接触，此时万向滚轮22与机架构成了一个轮式移动机构6。中间位置处螺旋桨64的转动对机器人施加一个向待清污管道7的推力，确保四个万向滚轮对管道有一定的作用力。通过矢量推进装置使机器人沿着待清污管道前行，对下一个位置进行排污。循环此系列动作完成对整个待清污管道的清洗排污。

[0044] 实施例二：

[0045] 如图3-4、6-8所示，本实施例二与实施例一有较多相似之处。不同之处主要有三个。

[0046] 其一，在于固定装置2’为永磁吸附装置，包含多个吸附单元，每个吸附单元由两块永磁体22’和一块轭铁21’组成乙型磁路；通过该装置可以使管道表面附着物清理机器人吸附在待清污管道7’上。

[0047] 其二，在于轮式移动机构6’的设计上，包括弧形壳体65’，弧形壳体65’左右两侧各安装有两个万向滚轮61’；四个万向滚轮61’与待清污管道7’接触，在外力作用下可以沿着待清污管道滚动。

[0048] 其三，在于矢量推进机构1’为并联矢量推进机构。

[0049] 本实施例的管道表面附着物清理机器人首先通过并联矢量推进机构1’运动到合适位置，永磁吸附装置2’通过吸附作用将管道表面附着物清理机器人与待清污管道7’固定，水枪位姿调节机构4’在调整到合适位置后，水枪回转机构5’与高压水枪系统3’同时工作，进行整周排污。在完成一个位置的垃圾清除后，永磁吸附装置2’对机器人施加作用力减小，但确保四个万向滚轮61’与管道有一定的相互作用力。最后通过并联矢量推进装置1’使机器人沿着待清污管道前行，对下一个位置进行排污。循环此系列动作完成对整个待清污管道的清洗。

[0050] 综上，本发明的管道表面附着物清理机器人利用矢量推进机构为管道表面附着物清理机器人提供运动动力，使其运动到特定位置，通过夹紧机构与待清污管道固定，通过高压水枪系统、水枪回转机构及水枪位姿调节机构实现待清污管道整周清理，然后再通过轮式移动机构使其运动到需要清理的下一位置，实现待清污管道表面污物高效全面的清理。

[0051] 以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。