本发明专利技术公开了一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置；该柔性扩展装置包括伸缩机构、径向变形机构和清理组件。伸缩机构的两端分别安装有径向变形机构。径向变形机构包括齿条组和多个动力单元。齿条组包括与动力单元对应数量的弹性齿条。各弹性齿条的内端均固定在伸缩机构上。每条弹性齿条上均安装有动力单元。动力单元包括径向支撑壳、U型轨道和驱动组件。弹性齿条伸入U型轨道的一端开口。弹性齿条与U型轨道在驱动组件驱动下进行相对移动。径向支撑壳的外侧面设置有压力传感器。清理组件包括推出元件、摆杆、连杆和挖掘组件。本发明专利技术的柔性扩展装置能够精准地对管道内壁的直径进行检测，同时最大限度地减少它施加到周围的张力，减少对管道的损伤。管道的损伤。管道的损伤。
【技术实现步骤摘要】
一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置及其管道巡检方法
[0001]本专利技术属于柔性机器人
，具体涉及一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置及其扩展方法。
技术介绍
[0002]管道因其极高的耐磨特性、极高的耐冲击性、耐腐蚀性、良好的自润性、对生物无毒性、独特的耐低温性等独特的特点，广泛应用于多行业、多领域。但是由于国内传统产业技术创新能力弱，专业人才短缺，主要依靠低成本、低价格、低利润来进入市场，导致管道的质量越来越低。同时，长期使用的管道，管内的油泥、锈垢固化造成原管径变小；管道内的异物不定期清除会造成管道堵塞。上述的各种因素严重影响管道的正常使用，因此对管道进行巡检，使管道内恢复材质本身表面，可以有效地防止污垢的再次产生，并且能有效地对设备进行保护，使设备不受腐蚀或者其他化学破坏作用，有效的保证设备的安全和延长设备的使用寿命。目前市面上的清理方法主要有化学清洗、高压水清洗以及PIG清管。但上述几种方法都需要较为专业的设备与操作人员，以及需要较为专业的设备，无法大面积使用。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供用于管道内部巡检的柔性扩展装置及其扩展方法。
[0004]本专利技术一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置，包括伸缩机构、径向变形机构和清理组件。所述的伸缩机构的两端分别安装有径向变形机构。所述的径向变形机构包括齿条组和多个动力单元。齿条组包括与动力单元对应数量的弹性齿条。各弹性齿条的内端均固定在伸缩机构上。每条弹性齿条上均安装有动力单元。所述的动力单元包括径向支撑壳、U型轨道和驱动组件。U型轨道固定在径向支撑壳的内侧。U型轨道的两端开口均朝内设置。弹性齿条伸入U型轨道的一端开口。弹性齿条与U型轨道在驱动组件驱动下进行相对移动。径向支撑壳的外侧面设置有压力传感器。
[0005]所述的清理组件包括推出元件、摆杆、连杆和挖掘组件。推出元件安装在伸缩机构的头端；多个摆杆的内端均与推出元件的推出部铰接。多个连杆的内端均与推出元件的固定部铰接。各连杆的外端与各摆杆的中部分别铰接。四个摆杆的外端均安装有挖掘组件。挖掘组件用于剥落管道内的污垢。
[0006]作为优选，所述的伸缩机构包括同轴设置的前中心轴和后中心轴。前中心轴与后中心轴的相对端通过液压伸缩机构连接。两个径向变形机构分别安装在前中心轴和后中心轴上。
[0007]作为优选，所述的弹性齿条沿伸缩机构的径向设置；同一齿条组内的各弹性齿条沿伸缩机构中心轴线的周向均布。
[0008]作为优选，所述的驱动组件包括动力电机，以及用于连接弹性齿条的齿轮或蜗杆；齿轮或蜗杆由动力电机驱动旋转，并与对应的弹性齿条啮合。
[0009]作为优选，所述的动力电机上安装有编码器。
[0010]作为优选，所述径向支撑壳的外侧面为n分之一圆柱面，n为动力单元的数量。
[0011]作为优选，所述的径向支撑壳采用橡胶材料。
[0012]作为优选，所述的挖掘组件包括清理片和切片电机。清理片的中部与连杆的外端转动连接。切片电机的输出轴与清理片固定。
[0013]该用于管道内部巡检的柔性扩展装置的管道巡检方法，具体步骤如下：
[0014]步骤一、将该柔性扩展装置放置于管道中，将该柔性扩展装置的径向尺寸调节至大于或等于预设的管道最小工作内径。之后，向管道通入流体，使得柔性扩展装置随流体在管道内移动。
[0015]步骤二、当柔性扩展装置在管道中遇到阻碍无法随流体前进时，其在管道内蠕动式前进。蠕动式前进的具体过程为：伸缩机构周期性伸缩运动，两个径向变形机构异步进行周期性的展开和收拢运动；径向变形机构展开时，各径向支撑壳向外推出至抵住管道内壁的状态。位于前端的径向变形机构展开，位于后端的径向变形机构收拢时，伸缩机构缩短。当位于前端的径向变形机构收拢，位于后端的径向变形机构展开时，伸缩机构缩短。
[0016]通过各径向支撑壳上的压力传感器，检测径向变形机构是否抵住管道的内侧壁。根据径向变形机构的展开程度，检测管道不同位置的内部直径。
[0017]当检测到管道一个区域的内部直径小于管道最小工作内径时，认定管道的该区域为堵塞区域；清理组件中的推出元件推出，使得各摆杆展开，挖掘组件抵住堵塞区域的边缘处，对堵塞区域进行清理；清理过程中，该柔性扩展装置持续在管道内蠕动式前进。堵塞区域清理完成后，清理组件中的推出元件缩回，使得各摆杆向后收折复位。
[0018]本专利技术具有的有益效果是：
[0019]1、本专利技术的柔性扩展装置能够精准地对管道内壁的直径进行检测，同时最大限度地减少它施加到周围的张力，减少对管道的损伤。此外，本专利技术通过在管道内部进行巡检，检测管道在使用过程中某些位置的应力及应变的变化(利用压力传感器检测)，从而实时反馈管道的质量情况。
[0020]2、本专利技术的柔性扩展装置能够改变自身大小和形状以改变管道内部的环境，同时保持通过牵引操纵检测管道所需的精度和灵敏度。
[0021]3、本专利技术自带的清理组件，可在管道内部存在阻塞时自动清理杂质，保证管道内部的通畅。
[0022]4、本专利技术的柔性扩展装置结构简单、便于控制、体积小空间受限能力小，且成本低可重复使用。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的整体示意图。
[0024]图2为本专利技术中径向变形机构的结构示意图。
[0025]图3为本专利技术中动力单元与对应的弹性齿条的连接示意图。
[0026]图4为本专利技术中动力单元的结构示意图。
[0027]图5为本专利技术中清理组件的结构示意图。
[0028]图6为本专利技术中清理组件由收折变形为展开的过程示意图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0030]实施例1
[0031]如图1、2和3所示，一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置，包括伸缩机构3、径向变形机构和清理组件。伸缩机构3包括同轴设置的前中心轴3
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1和后中心轴3
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2。前中心轴3
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1与后中心轴3
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2的相对端通过液压伸缩机构连接，使得前中心轴3
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1和后中心轴3
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2的间距增大或减小。前中心轴3
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1和后中心轴3
‑
2上均安装有径向变形机构。径向变形机构能够在管道内撑开，使得对应的中心轴能够与管道的内壁。
[0032]如图1、2、3和4所示，径向变形机构包括齿条组2和四个动力单元。齿条组2包括四根齿条段。四根齿条段的内端均固定在对应中心轴四个方形槽内，四根齿条段沿对应的中心轴的周向均布，且沿对应的中心轴的径向设置。各齿条段均能够弯曲，且沿长度方向不可压缩。四个动力单元分别安装在四根齿条段上。动力单元包括动力电机、径向支撑壳1、变速箱4和蜗杆5。U型轨道6固定在径向支撑壳1的内侧。U型轨道6的两端均朝向对应的中心轴。变速箱4和动力电机安装在U型轨道6上。U型轨道6的纵截面呈方形。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置，包括伸缩机构(3)、径向变形机构和清理组件；其特征在于：所述的伸缩机构(3)的两端分别安装有径向变形机构；所述的径向变形机构包括齿条组(2)和多个动力单元；齿条组(2)包括与动力单元对应数量的弹性齿条；各弹性齿条的内端均固定在伸缩机构(3)上；每条弹性齿条上均安装有动力单元；所述的动力单元包括径向支撑壳(1)、U型轨道(6)和驱动组件；U型轨道(6)固定在径向支撑壳(1)的内侧；U型轨道(6)的两端开口均朝内设置；弹性齿条伸入U型轨道(6)的一端开口；弹性齿条与U型轨道(6)在驱动组件驱动下进行相对移动；径向支撑壳(1)的外侧面设置有压力传感器；所述的清理组件包括推出元件(7)、摆杆(8)、连杆(9)和挖掘组件(10)；推出元件(7)安装在伸缩机构(3)的头端；多个摆杆(8)的内端均与推出元件(7)的推出部铰接；多个连杆(9)的内端均与推出元件(7)的固定部铰接；各连杆(9)的外端与各摆杆(8)的中部分别铰接；四个摆杆(8)的外端均安装有挖掘组件(10)；挖掘组件(10)用于剥落管道内的污垢。2.根据权利要求1所述的一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置，其特征在于：所述的伸缩机构(3)包括同轴设置的前中心轴(3
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1)和后中心轴(3
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2)；前中心轴(3
‑
1)与后中心轴(3
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2)的相对端通过液压伸缩机构连接；两个径向变形机构分别安装在前中心轴(3
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1)和后中心轴(3
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2)上。3.根据权利要求1所述的一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置，其特征在于：所述的弹性齿条沿伸缩机构(3)的径向设置；同一齿条组内的各弹性齿条沿伸缩机构(3)中心轴线的周向均布。4.根据权利要求1所述的一种用于管道内部巡检的柔性扩展装置，其特征在于：所述的驱动组件包括动力电机，以及用于连接弹性齿条的齿轮或蜗杆；齿轮或蜗杆...
【专利技术属性】
技术研发人员：许明，苏礼荣，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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