專利名稱：尺蠖式油井管道機(jī)器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的管道機(jī)器人裝置，特別是一種尺蠖式油井 管道機(jī)器人裝置。
背景技術(shù)：
管道機(jī)器人應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多行業(yè)之中，例如石油化工、天然氣、核 工業(yè)、給排水、管道輸送等行業(yè)，起著極其重要的作用。
油氣井管道內(nèi)部的操作與檢測(cè)一直是油氣生/"上的重大技術(shù)問題，圍繞這 一問題石油科技工作者一直在尋找和研究新的裝置與工具。在油田的開發(fā)過程 中無論是完井、測(cè)井還是修井作業(yè)都需要在井筒中操作，井下操作主要可分為 兩類 一是安裝井中工作儀器，完成井中參數(shù)的測(cè)量；二是檢測(cè)井的工作狀態(tài)(尤
其是事故井的狀態(tài))，以做出準(zhǔn)確的修井作業(yè)方案。
油井管道機(jī)器人裝置在特定的工作環(huán)境下具有自己的獨(dú)特要求.油井是一 種徑向尺寸窄小、深入地下、內(nèi)含油、水、氣、泥砂等介質(zhì)的生產(chǎn)系統(tǒng)。油井
管道機(jī)器人裝置必須具有以下幾種特征1要求該機(jī)器人裝置具有較強(qiáng)的動(dòng)力性 能和負(fù)荷能力，較高的抗熱抗腐蝕能力。2同水下機(jī)器人一樣在主體部件上要 求全密封，而且油井管道一般有3000米左右的深度，這對(duì)爬行裝置密封性能有 了更高的要求。3部分油井管道在往下延伸的過程中會(huì)形成一個(gè)大圓弧，因此 該機(jī)器人裝置必須具有彎道爬行能力。4有些油井入口管道直徑和內(nèi)管直徑不 一致，因此該機(jī)器人裝置必須具有變直徑管道自適應(yīng)爬行能力。
目前，大部分管道機(jī)器人只能用于空管道、氣體管道或純液體管道的各項(xiàng) 檢測(cè)任務(wù)，而無法應(yīng)對(duì)三態(tài)混合且高壓、高溫的環(huán)境。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利(申請(qǐng))號(hào)為200610054565.3，
名稱為尺蠖式爬行機(jī)器人裝置，該專利技術(shù)自述為"一種尺蠖式爬行機(jī)器人
裝置，由前卡緊裝置、后卡緊裝置、伸縮腰、安全鎖緊裝置等部分組成。利用 交替工作的前后卡緊裝置與能伸長(zhǎng)和縮短的伸縮腰與配合，作尺蠖式前進(jìn)。安
全鎖緊裝置置于前后卡緊裝置之間，在機(jī)器人失控時(shí)，起保護(hù)作用?？ňo裝置 由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生較大鎖緊力，在空間任意方位均能有效工作。該機(jī)器人主要 用于管內(nèi)作業(yè)，作為管內(nèi)運(yùn)輸或者檢測(cè)的載體，更可廣泛應(yīng)用于爬行工業(yè)機(jī)器 人領(lǐng)域。"該發(fā)明專利雖然解決了目前管道爬行普遍存在的負(fù)荷能力不足的問 題，然而，其采用的鎖緊方式用電機(jī)經(jīng)柱塞驅(qū)動(dòng)液性介質(zhì)使外圓基體四周的 薄壁發(fā)生彈性變形實(shí)現(xiàn)，使其無法應(yīng)用于油井管道三態(tài)混合的復(fù)雜環(huán)境。目前， 在國(guó)內(nèi)井下送進(jìn)設(shè)備主要是纜繩送進(jìn)和連續(xù)油管送進(jìn)方式，還沒有出現(xiàn)專門用 于油井管道設(shè)備送進(jìn)的尺蠖式爬行裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種基于機(jī)械尺蠖式 爬行方式的油井管道機(jī)器人裝置，使其能夠利用三個(gè)獨(dú)立的電機(jī)、絲杠螺母系 統(tǒng)作為動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行頂桿機(jī)構(gòu)徑向伸縮運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)軸向伸縮運(yùn)動(dòng)以達(dá)到高 負(fù)荷、高密封性、變管徑往復(fù)爬行的能力，從而很好的完成以下兩類井下操作 一是安裝井中工作儀器，完成井中參數(shù)的測(cè)量；二是檢測(cè)井的工作狀態(tài)(尤其是 事故井的狀態(tài))，以做出準(zhǔn)確的修井作業(yè)方案。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)包括上段、中段、下 段，這三段相互獨(dú)立。上段、下段結(jié)構(gòu)相同，通過上下段交替頂緊管壁與放松， 配合中段的伸縮運(yùn)動(dòng)，以推動(dòng)上段、拖動(dòng)下段。反向爬行時(shí)，運(yùn)動(dòng)次序剛好相 反。
所述上段、下段結(jié)構(gòu)相同，均包括頂桿機(jī)構(gòu)、連接管、第一管頭、第一 外管、第一密封圈、第二密封圈、鎖定螺母、第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中，連接管、 第一管頭、第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過螺紋方式安裝在第一外管內(nèi)。第一密封圈、第二 密封圈分別嵌于連接管和第一管頭內(nèi)，采用雙密封圈方式密封，鎖定螺母以螺 紋連接的方式固定在第一管頭和第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上。頂桿機(jī)構(gòu)通過螺紋方式一端 固定在第一管頭， 一端固定在第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上。
所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括滾動(dòng)導(dǎo)套、導(dǎo)向銷、導(dǎo)向銷套、軸承套、軸承，電機(jī) 外套、步進(jìn)電機(jī)、絲杠、絲杠螺母、伸縮桿。其中電機(jī)外套、軸承套、導(dǎo)向銷 套均處于外管內(nèi)，軸承位于軸承套內(nèi)， 一端由軸承套定位，另一端由電機(jī)外套 定位，步進(jìn)電機(jī)固定在步進(jìn)電機(jī)外套上以防止電機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠 和步進(jìn)電機(jī)連接并通過軸承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，伸縮桿通過螺紋與絲杠螺母連接為一體，
通過絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠螺母與伸縮桿的軸向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向銷通過螺紋固定在導(dǎo) 向銷套中，滾動(dòng)導(dǎo)套位于管頭內(nèi)并通過該管頭和導(dǎo)向銷套實(shí)現(xiàn)軸向定位。
所述頂桿機(jī)構(gòu)包括外鉸接頭、連接管、內(nèi)鉸接頭、基座。頂桿機(jī)構(gòu)通過 螺紋方式一端固定在管頭， 一端固定在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的伸縮桿上，基于等腰三角形 底邊橫向伸縮而頂點(diǎn)作縱向運(yùn)動(dòng)的原理通過伸縮桿和管頭的相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 頂桿機(jī)構(gòu)徑向的頂緊管壁和放松的運(yùn)動(dòng)。其中連接管兩端內(nèi)螺紋旋向相反，兩 端分別連接外鉸接頭和內(nèi)鉸接頭時(shí)形成外連接桿，兩端均連接內(nèi)鉸接頭時(shí)形成 內(nèi)連接桿。內(nèi)連接桿或外連接桿的一端分別通過螺栓和螺母鉸接在基座上，另 一端互相鉸接，這樣形成頂桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)頂點(diǎn)機(jī)構(gòu)。頂桿機(jī)構(gòu)采用雙層基座錯(cuò) 位45°的雙頂桿機(jī)構(gòu)，其雙層八個(gè)頂點(diǎn)機(jī)構(gòu)在空間形成一個(gè)圓柱面以完全貼合 管壁，產(chǎn)生較大頂緊力并起到自動(dòng)扶正作用。
本發(fā)明頂桿機(jī)構(gòu)采用分段設(shè)計(jì)，連接管兩端采用不同旋向的內(nèi)螺紋，通過 擰動(dòng)連接管對(duì)頂桿的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)以應(yīng)用于管徑變化較大的場(chǎng)合。
本發(fā)明中，所述中段沒有頂桿機(jī)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)與上段、下段相同。中段包 括第二管頭、第二外管、第三密封圈、第四密封圈、第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。第二管 頭、第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過螺紋方式安裝在外管內(nèi)。第三密封圈、第四密封圈嵌于 管頭內(nèi)，采用雙密封圈方式密封。中段第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與上下段第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一 致。
本發(fā)明工作過程如下向上爬時(shí)，上段由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)頂桿機(jī)構(gòu)作管壁頂 緊運(yùn)動(dòng)，頂緊后，下段放松頂桿機(jī)構(gòu)到處于非頂管狀態(tài)，中段通過傳動(dòng)系統(tǒng)拖 動(dòng)中段和下段一起向上運(yùn)動(dòng)，到位后，下段由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)頂桿機(jī)構(gòu)作管壁頂 緊運(yùn)動(dòng)，頂緊后，上段放松頂桿機(jī)構(gòu)到處于非頂管狀態(tài)，中段通過傳動(dòng)系統(tǒng)推 動(dòng)上段一起向上運(yùn)動(dòng)，然后循環(huán)上述過程，使之能夠?qū)崿F(xiàn)不斷向上爬行。向下 爬時(shí)，其運(yùn)動(dòng)過程剛好相反。通過前后對(duì)稱三段式的尺蠖式爬行方式能輕松實(shí) 現(xiàn)空間任意直管延伸方向的往復(fù)爬行，其載重能力可以達(dá)到300公斤以上，且
能在管道軸線圓弧半徑為ioo米以上的彎道中爬行。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，上中下三段分別獨(dú) 立且基本一致，使總體零件數(shù)大大減少，零件結(jié)構(gòu)多為管件和螺紋連接件，便 于加工制造和裝配；2、功能多，既能夠承載大負(fù)荷運(yùn)動(dòng)，最大負(fù)荷可達(dá)到300 公斤以上，又能在任意空間直管延伸方向上連續(xù)爬行；既能在液、氣、固體三態(tài)混合環(huán)境中應(yīng)用，又能在管道軸線圓弧半徑為100米彎道中應(yīng)用；由于頂桿 機(jī)構(gòu)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，還能自動(dòng)適應(yīng)變直徑管道爬行；3、可塑性強(qiáng)，可以在兩端加 載各種設(shè)備如鉆頭設(shè)備、超生波檢測(cè)設(shè)備、修補(bǔ)設(shè)備等，也可以在中段和頂桿 段之間連接各種設(shè)備，還可以通過零件尺寸的縮放應(yīng)用于各種尺寸的管道中。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖 圖中，上段70、中段71和下段72; 圖2為上段的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，上段70包括第一頂桿機(jī)構(gòu)l，第一連接管12，第一管頭2，第一 外管6，第一密封圈18，第二密封圈19，第一鎖定螺母20，第二鎖定螺母21， 第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17;第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17包括第一滾動(dòng)導(dǎo)套3，第一導(dǎo)向銷4，第 一導(dǎo)向銷套5，第一軸承套7，第一軸承8，第一軸承墊圈9，第一銷釘IO，第 一電機(jī)外套11，第一步進(jìn)電機(jī)13，第一絲杠14，第一絲杠螺母15，第一伸縮 桿16;
圖3為中段的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，中段71包括第二管頭22，第二外管24，第三密封圈32，第四密 封圈39，第五密封圈40，第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37;
第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37包括第二滾動(dòng)導(dǎo)套38、第二導(dǎo)向銷23、第二導(dǎo)向銷套 25、第二軸承套26、第二軸承27，第二軸承墊圈33，第二電機(jī)外套28，第二 銷釘29，第二步進(jìn)電機(jī)30，第二絲杠34，第二絲杠螺母35，第二伸縮桿36;
圖4為下段的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，下段72包括第二頂桿機(jī)構(gòu)48，第二連接管31，第三管頭47，第 三外管44，第六密封圈50，第七密封圈52，第三鎖定螺母49，第四鎖定螺母 51，第三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)55;
第三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)55包括第三滾動(dòng)導(dǎo)套53，第三導(dǎo)向銷46，第三導(dǎo)向銷套 45，第三軸承套43，第三軸承57，第三軸承墊圈59，第三銷釘41，第三電機(jī) 外套42，第三步進(jìn)電機(jī)60，第三絲杠58，第三絲杠螺母56，第三伸縮桿54;
圖5為頂桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，上段70中的第一頂桿機(jī)構(gòu)1和下段72中的第二頂桿機(jī)構(gòu)48結(jié)構(gòu)一 致，均由以下部件組成螺栓61，螺母62，外鉸接頭63，連接管64，第一內(nèi)
鉸接頭65，第二內(nèi)鉸接頭67，基座66。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方
案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的 保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)由上段70、中段71和下段72三段組成。 這三段在結(jié)構(gòu)上互相獨(dú)立，所述上段70、下段72交替頂緊管壁與放松，配合中 段71的伸縮運(yùn)動(dòng)，以推動(dòng)上段70、拖動(dòng)下段72，反向爬行時(shí)，運(yùn)動(dòng)次序剛好 相反。
如圖2所示，上段70包括第一頂桿機(jī)構(gòu)l，第一連接管12，第一管頭2， 第一外管6，第一密封圈18，第二密封圈19，第一鎖定螺母20，第二鎖定螺母 21，第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17。上段70中第一連接管12、第一管頭2、第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 17通過螺紋方式安裝在第一外管6內(nèi)，第一密封圈18，第二密封圈19分別嵌 于第一連接管12和第一管頭2內(nèi)，采用雙密封圈方式密封，第一鎖定螺母20， 第二鎖定螺母21以螺紋連接的方式分別固定在第一伸縮桿16和第一管頭2上。
如圖2所示，第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17包括第一滾動(dòng)導(dǎo)套3，第一導(dǎo)向銷4，第 一導(dǎo)向銷套5，第一軸承套7，第一軸承8，第一軸承墊圈9，第一銷釘IO，第 一電機(jī)外套11，第一步進(jìn)電機(jī)13，第一絲杠14，第一絲杠螺母15，第一伸縮 桿16。第一電機(jī)外套11，第一軸承套7，第一導(dǎo)向銷套5，均處于第一外管6 內(nèi)，第一軸承8位于第一軸承套7內(nèi)， 一端由第一軸承套7定位，另一端由第 一電機(jī)外套11定位，第一軸承墊圈9套于第一絲杠14上，第一步進(jìn)電機(jī)13由 第一銷釘10分別固定在第一電機(jī)外套11上以防止電機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)， 第一絲杠14和第一步進(jìn)電機(jī)13連接并分別通過第一軸承8實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一伸 縮桿16通過螺紋與第一絲杠螺母15連接為一體，通過第一絲杠14的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng) 第一絲杠螺母15與第一伸縮桿16的軸向運(yùn)動(dòng)，第一導(dǎo)向銷4通過螺紋固定在 第一導(dǎo)向銷套5中，第一滾動(dòng)導(dǎo)套3位于第一管頭2內(nèi)并通過第一管頭2和第 一導(dǎo)向銷套5實(shí)現(xiàn)軸向定位。
如圖2所示，上段70的第一頂桿機(jī)構(gòu)1通過螺紋方式一端固定在第一管頭 2， 一端固定在第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17的第一伸縮桿16上，基于等腰三角形底邊橫向 伸縮而頂點(diǎn)作縱向運(yùn)動(dòng)的原理通過第一伸縮桿16和第一管頭2的相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)第一頂桿機(jī)構(gòu)1徑向的頂緊管壁和放松的運(yùn)動(dòng)。
如圖3所示，中段71包括第二管頭22，第二外管24，第三密封圈32， 第四密封圈39，第五密封圈40，第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37。中段71中第二管頭24、第 二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37通過螺紋方式安裝在第二外管24內(nèi)。第三密封圈32內(nèi)嵌于第二 連接管31，第四密封圈39、第五密封圈嵌于第二管頭22內(nèi)，均采用雙密封圈 方式密封。
如圖3所示，第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37包括第二滾動(dòng)導(dǎo)套38、第二導(dǎo)向銷23、 第二導(dǎo)向銷套25、第二軸承套26、第二軸承27，第二軸承墊圈33，第二電機(jī) 外套28，第二銷釘29，第二步進(jìn)電機(jī)30，第二絲杠34，第二絲杠螺母35，第 二伸縮桿36。中段71的第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37中第二電機(jī)外套28、第二軸承套26、 第二導(dǎo)向銷套25處于第二外管24內(nèi)，第二軸承27位于第二軸承套26內(nèi)，一 端由第二軸承套26定位，另一端由第二電機(jī)外套28定位，第二軸承墊圈33套 于第二絲杠34上，第二步進(jìn)電機(jī)30由第二銷釘29固定在第二電機(jī)外套28上 以防止電機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，第二絲杠34和第二步進(jìn)電機(jī)30連接并通過 第二軸承27實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，第二伸縮桿36通過螺紋與第二絲杠螺母35連接為一體， 通過第二絲杠34的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第二絲杠螺母35與第二伸縮桿36的軸向運(yùn)動(dòng)以推 拉上段70和下段72，第二導(dǎo)向銷23通過螺紋固定在第二導(dǎo)向銷套25中，第二 滾動(dòng)導(dǎo)套38位于第二管頭22內(nèi)并通過第二管頭22和第二導(dǎo)向銷套25實(shí)現(xiàn)軸 向定位。
如圖4所示，下段72包括第二頂桿機(jī)構(gòu)48，第二連接管31，第三管頭 47，第三外管44，第六密封圈50，第七密封圈52，第三鎖定螺母49，第四鎖 定螺母51，第三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)55。下段72中第二連接管31、第三管頭47、第三傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)55通過螺紋方式安裝在第三外管44內(nèi)，第六密封圈50、第七密封圈52 嵌于第三管頭47內(nèi)，采用雙密封圈方式密封，第三鎖定螺母49、第四鎖定螺母 51以螺紋連接的方式分別固定在第三伸縮桿54和第三管頭47上。
如圖4所示，第三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)55包括第三滾動(dòng)導(dǎo)套53，第三導(dǎo)向銷46， 第三導(dǎo)向銷套45，第三軸承套43，第三軸承57，第三軸承墊圈59，第三銷釘 41，第三電機(jī)外套42，第三步進(jìn)電機(jī)60，第三絲杠58，第三絲杠螺母56，第 三伸縮桿54。下段72的第三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)55中第三電機(jī)外套42、第三軸承套43、 第三導(dǎo)向銷套45均分別處于第三外管44內(nèi)，第三軸承57分別位于第三軸承套
43內(nèi)， 一端由第三軸承套43定位，另一端由第三電機(jī)外套42定位，第三軸承 墊圈59套于第三絲杠58上，第三步進(jìn)電機(jī)60由第三銷釘41固定在第三電機(jī) 外套42上以防止電機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，第三絲杠58和第三步進(jìn)電機(jī)60連 接并通過第三軸承57實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，第三伸縮桿54通過螺紋與第三絲杠螺母56連 接為一體，通過第三絲杠58的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第三絲杠螺母56與第三伸縮桿54的軸 向運(yùn)動(dòng)，第三導(dǎo)向銷46通過螺紋固定在第三導(dǎo)向銷套45中，第三滾動(dòng)導(dǎo)套53 位于第三管頭47內(nèi)并通過第三管頭47和第三導(dǎo)向銷套45實(shí)現(xiàn)軸向定位。
如圖4所示，下段72的第二頂桿機(jī)構(gòu)48通過螺紋方式一端固定在第三管 頭47, —端固定在第三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)55的第三伸縮桿54上，基于等腰三角形底邊 橫向伸縮而頂點(diǎn)作縱向運(yùn)動(dòng)的原理通過第三伸縮桿54和第三管頭47的相對(duì)軸 向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)第二頂桿機(jī)構(gòu)48徑向的頂緊管壁和放松的運(yùn)動(dòng)。
如圖5所示，上段70的第一頂桿機(jī)構(gòu)1和下段72的第二頂桿機(jī)構(gòu)48結(jié)構(gòu) 一致，均由以下方式組成連接管64兩端內(nèi)螺紋旋向相反，分別連接外鉸接頭 63和內(nèi)鉸接頭65時(shí)形成外連接桿69，而連接內(nèi)鉸接頭65和內(nèi)鉸接頭67時(shí)形 成內(nèi)連接桿68。內(nèi)連接桿68、外連接桿69的一端分別通過螺栓61和螺母62 鉸接在基座66上，另一端互相鉸接，這樣形成頂桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)頂點(diǎn)機(jī)構(gòu)。
頂桿機(jī)構(gòu)采用雙層基座錯(cuò)位45°的雙頂桿機(jī)構(gòu)，其雙層八個(gè)頂點(diǎn)機(jī)構(gòu)在空 間形成一個(gè)圓柱面以完全貼合管壁，產(chǎn)生較大頂緊力并起到自動(dòng)扶正作用。
機(jī)器人整體爬行方式如下向上爬時(shí)， 一，上段70由第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17帶 動(dòng)第一頂桿機(jī)構(gòu)l作管壁頂緊運(yùn)動(dòng)，頂緊后；二，下段72放松第二頂桿機(jī)構(gòu)48 到處于非頂管狀態(tài)，中段71通過第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37拖動(dòng)自身和下段72 —起作向 上運(yùn)動(dòng)，到位后；三，下段72由第三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)55帶動(dòng)第二頂桿機(jī)構(gòu)48作管壁 頂緊運(yùn)動(dòng)，頂緊后；四，上段71放松第一頂桿機(jī)構(gòu)1到處于非頂管狀態(tài)，中段 71通過第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37推動(dòng)上段70向上運(yùn)動(dòng)。循環(huán)上述一、二、三、四，使 之能夠?qū)崿F(xiàn)不斷向上爬行。向下爬時(shí)，其運(yùn)動(dòng)過程剛好相反， 一，下段72由第 三傳動(dòng)機(jī)構(gòu)55帶動(dòng)第二頂桿機(jī)構(gòu)48作管壁頂緊運(yùn)動(dòng)，頂緊后；二，上段70放 松第一頂桿機(jī)構(gòu)1到處于非頂管狀態(tài)，中段71通過第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37帶動(dòng)上段 70向下運(yùn)動(dòng)，到位后；三，上段70由第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)17帶動(dòng)第一頂桿機(jī)構(gòu)1作 管壁頂緊運(yùn)動(dòng)，頂緊后；四，下段72放松第二頂桿機(jī)構(gòu)55到處于非頂管狀態(tài)， 中段71通過第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)37推動(dòng)自身和下段72 —起向下運(yùn)動(dòng)。循環(huán)上述一、
二、三、四，使之能夠?qū)崿F(xiàn)不斷向下爬行。通過前后對(duì)稱三段式的尺蠖式爬行 方式能輕松實(shí)現(xiàn)空間任意直管延伸方向的往復(fù)爬行，其載重能力可以達(dá)到300 公斤以上，且能在管道軸線圓弧半徑為100米以上的彎道中爬行。。
權(quán)利要求
1、一種尺蠖式油井管道機(jī)器人裝置，包括上段、中段、下段，三段相互獨(dú)立，其特征在于，所述上段、下段結(jié)構(gòu)相同，均包括頂桿機(jī)構(gòu)、連接管、第一管頭、第一外管、第一密封圈、第二密封圈、鎖定螺母、第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中，連接管、第一管頭、第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過螺紋方式安裝在第一外管內(nèi)，第一密封圈、第二密封圈分別嵌于連接管和第一管頭內(nèi)，鎖定螺母以螺紋連接的方式固定在第一管頭和第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，頂桿機(jī)構(gòu)通過螺紋方式一端固定在第一管頭，一端固定在第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上；中段包括第二管頭、第二外管、第三密封圈、第四密封圈、第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，第二管頭、第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過螺紋方式安裝在外管內(nèi)，第三密封圈、第四密封圈嵌于管頭內(nèi)，中段第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與上下段第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一致；所述上段、下段交替頂緊管壁與放松，配合中段的伸縮運(yùn)動(dòng)，以推動(dòng)上段、拖動(dòng)下段，反向爬行時(shí)，運(yùn)動(dòng)次序剛好相反。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尺蠖式油井管道機(jī)器人裝置，其特征是，所述第 一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，均包括滾動(dòng)導(dǎo)套、導(dǎo)向銷、導(dǎo)向銷套、 軸承套、軸承，電機(jī)外套、步進(jìn)電機(jī)、絲杠、絲杠螺母、伸縮桿，其中電機(jī)外 套、軸承套、導(dǎo)向銷套均處于外管內(nèi)，軸承位于軸承套內(nèi)， 一端由軸承套定位， 另一端由電機(jī)外套定位，步進(jìn)電機(jī)固定在步進(jìn)電機(jī)外套上以防止電機(jī)軸向運(yùn)動(dòng) 和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠和步進(jìn)電機(jī)連接并通過軸承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，伸縮桿通過螺紋與絲 杠螺母連接為一體，通過絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠螺母與伸縮桿的軸向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向 銷通過螺紋固定在導(dǎo)向銷套中，滾動(dòng)導(dǎo)套位于管頭內(nèi)并通過該管頭和導(dǎo)向銷套 實(shí)現(xiàn)軸向定位。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尺蠖式油井管道機(jī)器人裝置，其特征是，所述頂 桿機(jī)構(gòu)包括外鉸接頭、連接管、內(nèi)鉸接頭、基座，其中連接管兩端內(nèi)螺紋旋 向相反，兩端分別連接外鉸接頭和內(nèi)鉸接頭時(shí)形成外連接桿，兩端均連接內(nèi)鉸 接頭時(shí)形成內(nèi)連接桿，內(nèi)連接桿或外連接桿的一端分別通過螺栓和螺母鉸接在 基座上，另一端互相鉸接，這樣形成頂桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)頂點(diǎn)機(jī)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尺蠖式油井管道機(jī)器人裝置，其特征是，所述頂桿機(jī)構(gòu)為雙層基座錯(cuò)位45°的雙頂桿機(jī)構(gòu)，其雙層八個(gè)頂點(diǎn)機(jī)構(gòu)在空間形成一 個(gè)圓柱面以完全貼合管壁。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的尺蠖式油井管道機(jī)器人裝置，其特征是， 所述頂桿機(jī)構(gòu)通過螺紋方式一端固定在管頭， 一端固定在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的伸縮桿上， 基于等腰三角形底邊橫向伸縮而頂點(diǎn)作縱向運(yùn)動(dòng)、通過伸縮桿和管頭的相對(duì)軸 向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)頂桿機(jī)構(gòu)徑向的頂緊管壁和放松的運(yùn)動(dòng)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的尺蠖式油井管道機(jī)器人裝置，其特征是， 所述頂桿機(jī)構(gòu)為分段形式。
全文摘要
一種尺蠖式油井管道機(jī)器人裝置，包括上段、中段、下段，三段相互獨(dú)立，所述上下段結(jié)構(gòu)相同，其中連接管、第一管頭、第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過螺紋方式安裝在第一外管內(nèi)，兩密封圈分別嵌于連接管和第一管頭內(nèi)，鎖定螺母固定在第一管頭和第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，頂桿機(jī)構(gòu)通過螺紋方式一端固定在第一管頭，一端固定在第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上；所述中段沒有頂桿機(jī)構(gòu)，其他結(jié)構(gòu)與上下段相同。上下段交替頂緊管壁與放松，配合中段的伸縮運(yùn)動(dòng)，以推動(dòng)上段、拖動(dòng)下段，反向爬行時(shí)，運(yùn)動(dòng)次序剛好相反。本發(fā)明用于油井管道中儀器的安裝，完成井中參數(shù)的測(cè)量，檢測(cè)井的工作狀態(tài)，也可作為其他領(lǐng)域管道設(shè)備運(yùn)輸和檢測(cè)的載體。
文檔編號(hào)F16L55/34GK101169214SQ20071017122
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月29日
發(fā)明者懷 王, 胡德金, 蔡菊香, 許申愷, 容 鄧 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)