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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 可變徑、彎管、垂直行進(jìn)機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本管道行進(jìn)機(jī)器人由三個(gè)部分組成：機(jī)械部分、控制部分、氣動(dòng)部分；機(jī)械部分由兩組爬行機(jī)械臂、三個(gè)氣缸、兩個(gè)聯(lián)軸節(jié)、四個(gè)支撐環(huán)組成；機(jī)械臂和支撐桿，實(shí)現(xiàn)本裝置在管道內(nèi)壁的爬行。由于四個(gè)支撐環(huán)用6根拉簧周向均布固定在管道內(nèi)壁上，可實(shí)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(shí)現(xiàn)一定角度的管道轉(zhuǎn)彎。
- 詳細(xì)介紹：
- 本管道行進(jìn)機(jī)器人由三個(gè)部分組成：機(jī)械部分、控制部分、氣動(dòng)部分。 機(jī)械部分由兩組爬行機(jī)械臂、三個(gè)氣缸、兩個(gè)聯(lián)軸節(jié)、四個(gè)支撐環(huán)組成。 兩組爬行機(jī)械臂是由四根對(duì)稱(chēng)的機(jī)械臂和支撐桿用螺栓連接組成，實(shí)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(jìn)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(gè)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(jī)器人有很大的張力在管壁內(nèi)行走不會(huì)滑落，可實(shí)現(xiàn)豎直或任意角度傾斜的直管道的行走。 當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)械臂時(shí)支撐環(huán)上的彈簧也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 整個(gè)機(jī)器是對(duì)稱(chēng)分布，運(yùn)動(dòng)時(shí)先對(duì)后面的薄型氣缸充氣，氣缸充氣由伸長(zhǎng)變?yōu)榭s短從而帶動(dòng)安裝在上面的機(jī)械臂撐開(kāi)，機(jī)器向前行走；氣缸伸縮到達(dá)最大限度后繼續(xù)伸長(zhǎng)，繼續(xù)前行，同樣的，氣缸可以后退,帶動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)往復(fù)的運(yùn)動(dòng)。 三個(gè)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(mǎn)足在彎管道的步進(jìn)爬行和轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的彎曲度，使得行進(jìn)機(jī)器人更加靈活可實(shí)現(xiàn)一定角度的管道轉(zhuǎn)彎。 控制部分由PLC對(duì)電磁閥實(shí)現(xiàn)全程控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)、步進(jìn)等操作；行走時(shí)間可以自由控制，方便簡(jiǎn)捷。 氣動(dòng)部分是空氣壓縮機(jī)為本裝置提供了所有的動(dòng)力來(lái)源，比起用電力作為動(dòng)力來(lái)源時(shí)更加快速。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)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(jī)器人。 發(fā)明目的：發(fā)明一種便捷行進(jìn)機(jī)器人作為載體解決現(xiàn)實(shí)中對(duì)各種管道進(jìn)行清洗、疏通、探照、探傷等工作的難題。 基本思路：我們對(duì)實(shí)際工程所用的一些管道行進(jìn)機(jī)器人進(jìn)行考察。本裝置就是以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的。 創(chuàng)新及特點(diǎn)： 1、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)：行走速度快且可在0.5-2米/分的范圍內(nèi)調(diào)節(jié) ，氣動(dòng)擴(kuò)展機(jī)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(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)、PLC智能控制、信號(hào)控制穩(wěn)定，可變換步進(jìn)節(jié)奏，調(diào)節(jié)各種工作狀態(tài)； 3、支撐和機(jī)械臂長(zhǎng)度可調(diào)換，無(wú)復(fù)合撐腳時(shí)行進(jìn)機(jī)器人適應(yīng)直徑180mm-240mm范圍內(nèi)的管道，加上復(fù)合撐腳時(shí)行進(jìn)機(jī)器人適應(yīng)直徑200mm-300mm范圍內(nèi)的管道； 4、采用自行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的彈簧聯(lián)軸器連接，使得行進(jìn)機(jī)器人更加靈活、可適應(yīng)彎管行進(jìn)。 技術(shù)關(guān)鍵： 兩個(gè)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(mǎn)足在一定彎道半徑的管道內(nèi)步進(jìn)爬行。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1、本裝置由三部分組成，每部分有獨(dú)立的氣缸，在PLC的控制下可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)行進(jìn)。 2、一定范圍內(nèi)適應(yīng)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(yīng)小范圍內(nèi)的管徑變化，撐腳可換，拆裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)。 3、三個(gè)部分之間采用彈簧連接，可根據(jù)管道直徑大小適應(yīng)彎曲半徑在一定范圍內(nèi)的管道。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)性先進(jìn)性： 本管道行進(jìn)機(jī)器人主要作為載體加上一些不同用途的裝置以達(dá)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(jìn)時(shí)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(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)、PLC智能控制、信號(hào)控制穩(wěn)定，可變換步進(jìn)節(jié)奏；它的支撐和機(jī)械臂長(zhǎng)度均可調(diào)換，可適應(yīng)大范圍不同直徑管道行進(jìn)；并且同一套撐腳可以適應(yīng)小范圍管徑變化；機(jī)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(qiáng)，裝卸方便，工作范圍廣泛；而且采用獨(dú)特的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和行進(jìn)方式。 它的動(dòng)力部分由空氣壓縮機(jī)全程提供動(dòng)力與電力動(dòng)源相比它使機(jī)器人的行進(jìn)速度更快速；控制部分由PLC對(duì)電磁閥實(shí)現(xiàn)全程控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)、步進(jìn)等操作；行走時(shí)間可以自由控制，方便簡(jiǎn)捷。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該行進(jìn)機(jī)器人在改進(jìn)前參加了2010年的第三屆全國(guó)大學(xué)生過(guò)程裝備實(shí)踐與創(chuàng)新大賽并被評(píng)為二等獎(jiǎng)。我們對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)來(lái)參加這次評(píng)比。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)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(shí)物、圖片、現(xiàn)場(chǎng)演示、錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 將行進(jìn)機(jī)器人的頭部塞進(jìn)管道內(nèi)，在管道內(nèi)壁的作用下，柔性支撐受到來(lái)自管壁的壓力，開(kāi)始受壓變形，均勻分布的六根彈簧就緊緊張開(kāi)在管道內(nèi)壁，防止垂直或傾斜時(shí)下滑。樣的行進(jìn)機(jī)器人四組支撐已經(jīng)全部正常在管道內(nèi)壁支撐開(kāi)，第一個(gè)氣缸收縮帶動(dòng)撐腳漲緊管壁，同時(shí)第三個(gè)氣缸控制撐腳收縮，中間氣缸完成一次推進(jìn)，保證了行進(jìn)機(jī)器人的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 采用空氣壓縮機(jī)作為原動(dòng)力，他的主要特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)速度特別快。 彈簧聯(lián)軸器的主要作用就是實(shí)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(cuò)的。 適用范圍： 該機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域廣泛可用來(lái)進(jìn)行檢測(cè)、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?xún)r(jià)比高，制作成本低，可用于各種不同安裝的管道，其市場(chǎng)應(yīng)用前景非常廣泛。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 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(shí)際的需求，可以創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益
同類(lèi)課題研究水平概述
- 當(dāng)今人類(lèi)將管道越來(lái)越多的應(yīng)用到各個(gè)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(fù)合管、PVC、PE等多種類(lèi)型，從此讓各類(lèi)介質(zhì)輸送都得到良好的安全保證。其中從世界管道建設(shè)里程圖中可以看出，目前世界石油管道大多數(shù)運(yùn)行時(shí)間都接近管道的使用壽命，管道給人類(lèi)帶來(lái)的便利同時(shí)也帶來(lái)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(dǎo)致管道的堵漏問(wèn)題。實(shí)踐中也存在著很多因?yàn)楣艿腊l(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(yán)重影響管道的運(yùn)行效率及安全，為此我們需要對(duì)地下輸送管道進(jìn)行質(zhì)檢、維護(hù)、清洗等作業(yè)。 管道機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)新分支，其以管內(nèi)移動(dòng)機(jī)構(gòu)載體為依托，配置相應(yīng)的執(zhí)行裝置和傳感器，來(lái)完成管內(nèi)的檢測(cè)、探傷、噴涂、焊接等各種特定的作業(yè)，是機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品，我們考察到的實(shí)際工程所用的一些管道行進(jìn)器。本裝置就是以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的，我們的管道機(jī)器人系統(tǒng)有行走機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)和相關(guān)的輔助設(shè)備(用于管內(nèi)壁觀察和檢測(cè)裝置、控制和通訊等)組成一個(gè)載物平臺(tái)，按照不同工作需要，我們可以加上管內(nèi)缺陷的修補(bǔ)裝置、清洗裝置等。
