專利名稱：步進(jìn)式管道內(nèi)行走方法及行走器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可在管道內(nèi)以步進(jìn)方式往復(fù)行走的方法和按這種方法運(yùn)行的可承載儀器、工具等裝置的施工設(shè)備。
目前，可攜帶儀器、設(shè)備進(jìn)入管道并沿管道軸線行進(jìn)的施工設(shè)備主要有活塞式清管器和輪式電動(dòng)小車。活塞式清管器依靠在其后部管道中注入液體或氣體所產(chǎn)生的壓力推動(dòng)清管器前進(jìn)，清管器的行進(jìn)速度和位置(包括沿軸線位置和繞軸線旋轉(zhuǎn)的角度)難以準(zhǔn)確控制，清管器的發(fā)射(即進(jìn)入管道并開(kāi)始運(yùn)行)過(guò)程非常復(fù)雜，正常工作時(shí)不能換向，并且要求管道系統(tǒng)密閉性良好、可以承受一定的壓力。輪式電動(dòng)小車不能通過(guò)垂直管道，負(fù)載能力小，并且由于其自身結(jié)構(gòu)的原因不能進(jìn)入口徑較小的管道，目前已知輪式電動(dòng)小車可通過(guò)的最小管道口徑為200mm。此外，上述兩種運(yùn)載設(shè)備都很難通過(guò)異形或不規(guī)則橫截面的管道。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種以步進(jìn)方式通過(guò)軸線為任意位置、橫截面為任意形狀的管道的行走方法，并提出按這種步進(jìn)式行走方法運(yùn)行的管道行走器。
本發(fā)明所涉及的步進(jìn)式管道內(nèi)行走方法是以管道內(nèi)壁為支撐物，依靠分別連接在伸縮器兩端的活動(dòng)鎖緊盤或固定鎖緊盤交替與管道內(nèi)壁鎖緊所產(chǎn)生的摩擦力，在控制系統(tǒng)的控制下，交替以活動(dòng)鎖緊盤或固定鎖緊盤與管道內(nèi)壁鎖緊的位置為支撐點(diǎn)，配合伸縮器的交替伸長(zhǎng)或收縮動(dòng)作，間斷地使伸縮器另一端的處于放松狀態(tài)的鎖緊盤與管道產(chǎn)生定向的軸向位移，經(jīng)過(guò)特定的行走步驟循環(huán)，通過(guò)定向的軸向位移的不斷積累，使行走器按指定方向以步進(jìn)的方式行走。


圖1是步進(jìn)式管道內(nèi)行走器的工作原理示意圖。圖2是步進(jìn)式管道內(nèi)行走器實(shí)施例管道內(nèi)窺檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的管道內(nèi)行走方法和依據(jù)這種行走方法進(jìn)行工作的管道內(nèi)行走器的實(shí)施方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D1，步進(jìn)式管道行走器由活動(dòng)鎖緊盤1、固定鎖緊盤2、伸縮器3、導(dǎo)向桿4、控制和動(dòng)力系統(tǒng)5及承載臺(tái)6組成，7為管道剖面。伸縮器3兩端分別與活動(dòng)鎖緊盤1、固定鎖緊盤2連接。導(dǎo)向桿4的一端與固定鎖緊盤2固定在一起，另一端穿過(guò)設(shè)置在活動(dòng)鎖緊盤1上的滑孔或滑槽，與承載臺(tái)6固定在一起?；顒?dòng)鎖緊盤1可以沿導(dǎo)向桿4前后滑動(dòng)。當(dāng)行走器接到前進(jìn)指令(按圖示方向由右向左行進(jìn))后，在控制和動(dòng)力系統(tǒng)5的控制下按以下步驟工作A.固定鎖緊盤2的鎖緊機(jī)構(gòu)向外伸出，與管道內(nèi)壁鎖緊并產(chǎn)生足夠的正壓力后，固定鎖緊盤2發(fā)出鎖緊到位信號(hào)并保持鎖緊狀態(tài)，活動(dòng)鎖緊盤1呈放松狀態(tài)。
B.接到固定鎖緊盤2發(fā)出的鎖緊到位信號(hào)后，伸縮器3開(kāi)始伸長(zhǎng)，帶動(dòng)處于放松狀態(tài)的活動(dòng)鎖緊盤1沿管道軸線由右向左移動(dòng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的步長(zhǎng)位置時(shí)發(fā)出伸長(zhǎng)到位信號(hào)，伸縮器3停止工作。
C.接到伸長(zhǎng)到位信號(hào)后，活動(dòng)鎖緊盤1的鎖緊機(jī)構(gòu)向外伸出，與管道內(nèi)壁鎖緊并產(chǎn)生足夠的正壓力后，活動(dòng)鎖緊盤1發(fā)出鎖緊到位信號(hào)并保持鎖緊狀態(tài)。
D.接到活動(dòng)鎖緊盤1發(fā)出的鎖緊到位信號(hào)后，固定鎖緊盤2解除鎖緊狀態(tài)，伸縮器3開(kāi)始收縮，帶動(dòng)處于放松狀態(tài)的固定鎖緊盤2沿管道軸線由右向左移動(dòng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的步長(zhǎng)位置時(shí)發(fā)出收縮到位信號(hào)，伸縮器3停止工作。
E.接到收縮到位信號(hào)后，返回到步驟A，開(kāi)始新的工作循環(huán)。
F.行走器可以按指令在管道內(nèi)的任意位置和上述的任意一種步驟停止行走或重新開(kāi)始行走。
當(dāng)行走器接到后退指令(按圖示方向由左向右行進(jìn))后，在控制和動(dòng)力系統(tǒng)5的控制下按以下步驟工作A.活動(dòng)鎖緊盤1的鎖緊機(jī)構(gòu)向外伸出，與管道內(nèi)壁鎖緊并產(chǎn)生足夠的正壓力后，活動(dòng)鎖緊盤1發(fā)出鎖緊到位信號(hào)并保持鎖緊狀態(tài)，固定脹緊盤2呈放松狀態(tài)。
B.接到活動(dòng)鎖緊盤1發(fā)出的鎖緊到位信號(hào)后，伸縮器3開(kāi)始伸長(zhǎng)，帶動(dòng)處于放松狀態(tài)的固定鎖緊盤2沿管道軸線由左向右移動(dòng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的步長(zhǎng)位置時(shí)發(fā)出伸長(zhǎng)到位信號(hào)，伸縮器3停止工作。
C.接到伸長(zhǎng)到位信號(hào)后，固定鎖緊盤2的鎖緊機(jī)構(gòu)向外伸出，與管道內(nèi)壁鎖緊并產(chǎn)生足夠的正壓力后，固定鎖緊盤2發(fā)出鎖緊到位信號(hào)并保持鎖緊狀態(tài)。
D.接到固定鎖緊盤2發(fā)出的鎖緊到位信號(hào)后，活動(dòng)鎖緊盤1解除鎖緊狀態(tài)，伸縮器3開(kāi)始收縮，帶動(dòng)處于放松狀態(tài)的活動(dòng)鎖緊盤1沿管道軸線由左向右移動(dòng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的步長(zhǎng)位置時(shí)發(fā)出收縮到位信號(hào)，伸縮器3停止工作。
E.接到收縮到位信號(hào)后，返回到步驟A，開(kāi)始新的工作循環(huán)。
F.行走器可以按指令在管道內(nèi)的任意位置和上述的任意一種步驟停止行走或重新開(kāi)始行走。
本發(fā)明中，活動(dòng)鎖緊盤1和固定鎖緊盤2由盤體和鎖緊機(jī)構(gòu)組成，其形狀與管道橫截面的形狀相似，當(dāng)其重量較大時(shí)應(yīng)附加支撐輪系統(tǒng)，以保證可在伸縮器3驅(qū)動(dòng)下沿管道軸線自由移動(dòng)?；顒?dòng)鎖緊盤1或固定鎖緊盤2在其鎖緊狀態(tài)與管道內(nèi)腔間形成的摩擦力均應(yīng)大于行走器行走時(shí)所遇到的阻力，解除鎖緊狀態(tài)后應(yīng)能分別沿管道的軸線方向自由移動(dòng)。活動(dòng)鎖緊盤1和固定鎖緊盤2的鎖緊機(jī)構(gòu)可以采用液(氣)壓伸縮缸、電磁鐵或電動(dòng)機(jī)-杠桿系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)-螺桿-滑塊系統(tǒng)等構(gòu)成。在活動(dòng)鎖緊盤1上設(shè)有與導(dǎo)向桿4相配合的滑槽或滑孔。伸縮器3兩端分別與活動(dòng)鎖緊盤1、固定鎖緊盤2連接，伸縮器3應(yīng)能在管道的軸線方向按控制系統(tǒng)發(fā)出的指令進(jìn)行伸長(zhǎng)或收縮動(dòng)作，其結(jié)構(gòu)可以采用液(氣)壓伸縮缸、螺桿-滑塊結(jié)構(gòu)、齒輪-齒條、直線電機(jī)等?？刂坪蛣?dòng)力系統(tǒng)5應(yīng)能對(duì)活動(dòng)鎖緊盤1和固定鎖緊盤2、伸縮器3的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并發(fā)出相應(yīng)的指令信號(hào)，應(yīng)能在接收到運(yùn)行指令后自動(dòng)協(xié)調(diào)行走器的行走步驟。導(dǎo)向桿4的作用是傳遞并保持行走器初始徑向水平位置，導(dǎo)向桿4對(duì)活動(dòng)鎖緊盤1產(chǎn)生防止其繞管道軸線旋轉(zhuǎn)的約束，防止行走器發(fā)生繞管道軸線旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)向桿的一端與固定鎖緊盤2固定在一起，另一端穿過(guò)設(shè)置在活動(dòng)鎖緊盤1上的滑孔或滑槽，與承載臺(tái)6固定連接。導(dǎo)向桿4至少由1根直桿組成，但為了保證行走器的整體強(qiáng)度并防止活動(dòng)鎖緊盤1在滑動(dòng)過(guò)程中被鎖死，通常使用兩根導(dǎo)向桿。隨行走器尺寸的加大導(dǎo)向桿的數(shù)量還可相應(yīng)增加。改變行走器的整體長(zhǎng)度并調(diào)節(jié)步進(jìn)的步長(zhǎng)，同時(shí)調(diào)整導(dǎo)向桿之間的距離，可以調(diào)整行走器所能通過(guò)彎曲管道的曲率半徑。根據(jù)行走器所完成任務(wù)的不同，可以在承載臺(tái)6上安裝相應(yīng)的儀器或設(shè)備。
本發(fā)明所使用的活動(dòng)鎖緊盤和固定鎖緊盤的形狀與行走器所要通過(guò)的管道的橫截面相似并且小于管道橫截面，鎖緊盤上的鎖緊機(jī)構(gòu)的形式及與管道鎖緊的位置可以人為控制，因而本發(fā)明所涉及的行走器能通過(guò)的管道橫截面的形狀可以是規(guī)則的(如圓形、矩形、三角形等)，也可以是異形或不規(guī)則形。本發(fā)明所涉及的行走器所能通過(guò)的管道橫截面沿其軸線方向可以是固定不變的，也可以通過(guò)調(diào)整鎖緊盤的形狀和鎖緊機(jī)構(gòu)的形式允許所通過(guò)的管道在一定范圍內(nèi)在橫截面形狀和幾何尺寸方面有所變化。本發(fā)明所涉及的行走器所能通過(guò)的管道的軸線可以是直線和滿足一定曲率半徑要求的曲線及多條直線與曲線的結(jié)合體。由于本發(fā)明所涉及的行走器的工作原理是基于其鎖緊機(jī)構(gòu)與管道內(nèi)壁鎖緊所產(chǎn)生的摩擦力，因此在鎖緊摩擦力足夠的情況下，本行走器可以通過(guò)軸線位置為水平、垂直或傾斜的管道。本發(fā)明所涉及的行走器要求所通過(guò)的管道應(yīng)具有一定的剛度，對(duì)管道的密閉性和強(qiáng)度沒(méi)有特別要求。本行走器可沿管道軸線以步進(jìn)的方式行走，步長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)可調(diào)。行走器可以自帶電源也可以外接電源。操作者在管道外部對(duì)行走器進(jìn)行控制，行走器可以自如地前進(jìn)、后退或停止，具有行走平穩(wěn)、負(fù)載能力強(qiáng)、可控性好的特點(diǎn)。行走器作為運(yùn)載設(shè)備可以攜帶專用的儀器、設(shè)備，在管道中完成如穿線、管道清管、管道內(nèi)窺檢測(cè)及修補(bǔ)等特定的作業(yè)任務(wù)。
實(shí)施例管道內(nèi)窺檢測(cè)器本實(shí)施例示意圖如圖2所示。攝像頭1和光源2安裝在承載臺(tái)3上?；顒?dòng)鎖緊盤5的中心固定安裝著螺母14，螺母14中安裝了絲杠8，伸長(zhǎng)位置傳感器4和收縮位置傳感器6分別安裝在活動(dòng)鎖緊盤5的兩側(cè)，活動(dòng)鎖緊盤5通過(guò)其自身的滑孔安裝在導(dǎo)向桿7上。攝像頭1的電源線、視頻信號(hào)線、控制信號(hào)線、光源電源線和活動(dòng)鎖緊盤的動(dòng)力線、位置傳感信號(hào)線經(jīng)中空的導(dǎo)向桿7連接到控制板11。導(dǎo)向桿7的一端與承載臺(tái)3用螺母鎖緊固定，另一端使用螺母及套管9將電機(jī)安裝盤16及固定鎖緊盤10緊固在一起。活動(dòng)鎖緊盤5和固定鎖緊盤10上都安裝有電磁鐵式鎖緊機(jī)構(gòu)，在控制系統(tǒng)的控制下可以分別實(shí)現(xiàn)鎖緊盤與管壁的鎖緊和松開(kāi)。電機(jī)13安裝在電機(jī)安裝盤16上，電機(jī)13的軸伸端與絲杠8用銷釘連接在一起，可以帶動(dòng)絲杠正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲杠—螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖緊盤之間的伸縮功能。控制板11、拉環(huán)12與固定鎖緊盤10連接在一起。電源線、行走器控制線、視頻信號(hào)線及行走器的保險(xiǎn)繩在拉環(huán)12上固定后，經(jīng)管道內(nèi)腔引至管道之外。15為管道剖面。在管道外部安裝有配合內(nèi)窺檢測(cè)使用的電源、控制箱、顯示設(shè)備及記錄設(shè)備等。本管道內(nèi)窺檢測(cè)器可以通過(guò)的管道口徑為100mm，一次檢測(cè)長(zhǎng)度(深度)為200m。
權(quán)利要求
1.一種可在管道中往復(fù)通行的步進(jìn)式行走方法，其特征在于這種行走方法以管道內(nèi)壁為支撐物，依靠分別連接在伸縮器(3)兩端的活動(dòng)鎖緊盤(1)和固定鎖緊盤(2)交替與管道內(nèi)壁鎖緊所產(chǎn)生的摩擦力，在控制系統(tǒng)的控制下，以活動(dòng)鎖緊盤或固定鎖緊盤交替與管道內(nèi)壁鎖緊的位置為支撐點(diǎn)，配合伸縮器的交替伸長(zhǎng)或收縮動(dòng)作，間斷地使處于伸縮器另一端的處于放松狀態(tài)的鎖緊盤與管道產(chǎn)生定向的軸向位移，通過(guò)這種定向的軸向位移的不斷積累，使行走器按指定的方向以步進(jìn)的方式行走。
2.一種如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)式行走方法，其特征在于這種行走方法由右向左行走時(shí)按以下步驟實(shí)現(xiàn)A.位于伸縮器(3)右側(cè)的固定鎖緊盤(2)的鎖緊機(jī)構(gòu)向外伸出，與管道內(nèi)壁鎖緊并產(chǎn)生足夠的正壓力后，固定鎖緊盤(2)發(fā)出鎖緊到位信號(hào)并保持鎖緊狀態(tài)，活動(dòng)鎖緊盤(1)呈放松狀態(tài)B.接到固定鎖緊盤(2)發(fā)出的鎖緊到位信號(hào)后，伸縮器(3)開(kāi)始伸長(zhǎng)，帶動(dòng)處于放松狀態(tài)的活動(dòng)鎖緊盤(1)沿管道軸線由右向左移動(dòng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的步長(zhǎng)位置時(shí)發(fā)出伸長(zhǎng)到位信號(hào)，伸縮器(3)停止工作C.接到伸長(zhǎng)到位信號(hào)后，活動(dòng)鎖緊盤(1)的鎖緊機(jī)構(gòu)向外伸出，與管道內(nèi)壁鎖緊并產(chǎn)生足夠的正壓力后，活動(dòng)鎖緊盤(1)發(fā)出鎖緊到位信號(hào)并保持鎖緊狀態(tài)D.接到活動(dòng)鎖緊盤(1)發(fā)出的鎖緊到位信號(hào)后，固定鎖緊盤(2)解除鎖緊狀態(tài)，伸縮器(3)開(kāi)始收縮，帶動(dòng)處于放松狀態(tài)的固定鎖緊盤(2)沿管道軸線由右向左移動(dòng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的步長(zhǎng)位置時(shí)發(fā)出收縮到位信號(hào)，伸縮器(3)停止工作E.接到收縮到位信號(hào)后，返回到步驟A，開(kāi)始新的工作循環(huán)F.行走器可以按指令在管道內(nèi)的任意位置和上述的任意一種步驟停止行走或重新開(kāi)始行走。
3.一種如權(quán)利要求1所述的步進(jìn)式行走方法，其特征在于這種行走方法由左向右行走時(shí)按以下步驟實(shí)現(xiàn)A.位于伸縮器(3)左側(cè)的活動(dòng)鎖緊盤(1)的鎖緊機(jī)構(gòu)向外伸出，與管道內(nèi)壁鎖緊并產(chǎn)生足夠的正壓力后，活動(dòng)鎖緊盤(1)發(fā)出鎖緊到位信號(hào)并保持鎖緊狀態(tài)，固定鎖緊盤(2)呈放松狀態(tài)B.接到活動(dòng)鎖緊盤(1)發(fā)出的鎖緊到位信號(hào)后，伸縮器(3)開(kāi)始伸長(zhǎng)，帶動(dòng)處于放松狀態(tài)的固定鎖緊盤(2)沿管道軸線由左向右移動(dòng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的步長(zhǎng)位置時(shí)發(fā)出伸長(zhǎng)到位信號(hào)，伸縮器(3)停止工作C.接到伸長(zhǎng)到位信號(hào)后，固定鎖緊盤(2)的鎖緊機(jī)構(gòu)向外伸出，與管道內(nèi)壁鎖緊并產(chǎn)生足夠的正壓力后，固定鎖緊盤(2)發(fā)出鎖緊到位信號(hào)并保持鎖緊狀態(tài)D.接到固定鎖緊盤(2)發(fā)出的鎖緊到位信號(hào)后，活動(dòng)鎖緊盤(1)解除鎖緊狀態(tài)，伸縮器(3)開(kāi)始收縮，帶動(dòng)處于放松狀態(tài)的活動(dòng)鎖緊盤(1)沿管道軸線由左向右移動(dòng)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的步長(zhǎng)位置時(shí)發(fā)出收縮到位信號(hào)，伸縮器(3)停止工作E.接到收縮到位信號(hào)后，返回到步驟A，開(kāi)始新的工作循環(huán)F.行走器可以按指令在管道內(nèi)的任意位置和上述的任意一種步驟停止行走或重新開(kāi)始行走。
4.一種步進(jìn)式管道內(nèi)行走器，包括活動(dòng)鎖緊盤(1)、固定鎖緊盤(2)、伸縮器(3)、導(dǎo)向桿(4)、控制及動(dòng)力系統(tǒng)(5)、承載臺(tái)(6)，其特征在于伸縮器(3)的兩端分別與活動(dòng)鎖緊盤(1)、固定鎖緊盤(2)相連接，導(dǎo)向桿(4)的一端與固定鎖緊盤(2)固定在一起，另一端穿過(guò)活動(dòng)鎖緊盤(1)的滑孔或滑槽，與承載臺(tái)(6)固定在一起，活動(dòng)鎖緊盤(1)可以沿導(dǎo)向桿(4)前后滑動(dòng)，在控制和動(dòng)力系統(tǒng)(5)的驅(qū)動(dòng)下，本行走器可以按權(quán)利要求1所述的方法完成在管道內(nèi)的行走。
5.一種如權(quán)利要求4所述的步進(jìn)式管道內(nèi)行走器，其特征在于有依受控狀態(tài)的不同可分別與管道內(nèi)壁呈鎖緊狀態(tài)或放松狀態(tài)的活動(dòng)鎖緊盤(1)和固定鎖緊盤(2)，活動(dòng)鎖緊盤(1)和固定鎖緊盤(2)自身帶有鎖緊機(jī)構(gòu)，活動(dòng)鎖緊盤(1)上設(shè)有與導(dǎo)向桿(4)相配合的滑槽或滑孔。
6.一種如權(quán)利要求4所述的步進(jìn)式管道內(nèi)行走器，其特征在于有一套可按控制系統(tǒng)要求沿管道軸線方向伸長(zhǎng)或縮短的伸縮器(3)。
7.一種如權(quán)利要求4所述的步進(jìn)式管道內(nèi)行走器，其特征在于有一組可以傳遞和保持行走器初始徑向水平位置的導(dǎo)向桿(4)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可在多種形狀橫截面的管道中通行的行走方法和行走器。行走器以其鎖緊盤交替與管道內(nèi)壁鎖緊的位置為支撐點(diǎn)，以步進(jìn)的方式使行走器與管道產(chǎn)生定向的軸向位移，實(shí)現(xiàn)在管道中的步進(jìn)式行走。行走器可以通過(guò)軸線位置為水平、垂直或傾斜的管道。操作者在管道外部控制行走器前進(jìn)、后退或停止。行走器運(yùn)行平穩(wěn)可靠，可以攜帶儀器、設(shè)備在管道內(nèi)腔中完成例如穿線、管道內(nèi)窺檢測(cè)、清管及管道內(nèi)壁維修等作業(yè)任務(wù)。
文檔編號(hào)B25J5/00GK1425537SQ03102230
公開(kāi)日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者姚偉成 申請(qǐng)人:姚偉成