ВНУТРИТРУБНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам и может быть использована для автоматизации работ (например, дефектоскопии) в трубах различного типа, в том числе переменного диаметра и сложной геометрии.
Известен мобильный робот для инспекции и очистки внутренней поверхности трубопровода, транспортная часть которого состоит из мотор-редукторов, связанных с колесами (см. Подураев Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие для студентов вузов. - М.; Машиностроение, 2006. с.160-166).
Недостатком данного устройства является то, что при движении по сильно загрязненным трубопроводам, колеса робота могут застревать в отложениях, что снижает эффективность работы этого робота.
Известно внутритрубное транспортное средство, содержащее два сочлененных корпуса, каждый из которых снабжен средством фиксации относительно поверхности перемещения. При этом корпуса сочленены с помощью средства их перемещения относительно друг друга, выполненного в виде силового пневмоцилиндра (см. авт. свид. СССР №1710430, кл. B62D 57/02, 1992.)
Недостатком известного устройства является сложность его конструкции, малая скорость перемещения и необходимость в снабжении устройства воздухом высокого давления.
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является транспортное средство, содержащее как минимум шесть звеньев-корпусов, сочлененных между собой с помощью шарниров, характеризующееся тем, что четные шарниры снабжены приводами, обеспечивающими угловое смещение звеньев-корпусов относительно друг друга в плоскости перемещения транспортного средства, при этом один из приводов обеспечивает смещение только вправо от продольной оси транспортного средства, а другой - только влево, причем четные и нечетные шарниры выполнены с соответственно равной массой, а крайние звенья-корпуса выполнены с равной массой, большей, чем каждая из равных масс остальных звеньев-корпусов (см. патент на полезную модель РФ №2231463 МПК B62D 57/00, 2002).
Недостатком данного устройства является невозможность перемещения в наклонных и вертикальных трубах, что ограничивает область применения данного устройства, а необходимость источника сжатого воздуха сужает функциональные возможности устройства.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности преодоления наклонных и вертикальных участков трубы, а также за счет мобильности и автономности устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом устройстве содержащем как минимум шесть звеньев-корпусов, сочлененных между собой с помощью шарниров, все шарниры дополнительно снабжены электроприводами, обеспечивающими угловое смещение звеньев-корпусов относительно друг друга в плоскости перемещения внутритрубного транспортного средства, управляемых с помощью системы управления движением, включающей встроенные элементы питания, контактные датчики и датчики угла поворота звеньев.
Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что все шарниры дополнительно снабжены электроприводами, обеспечивающими угловое смещение звеньев-корпусов относительно друг друга в плоскости перемещения внутритрубного транспортного средства, управляемых с помощью системы управления движением, включающей встроенные элементы питания, контактные датчики и датчики угла поворота звеньев.
Отличительные признаки в заявляемом техническом решении не выявлены при изучении данной и смежных областей техники.
Совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение задачи полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности преодоления наклонных и вертикальных участков трубы, а также за счет мобильности и автономности устройства..
На фиг.1 показан общий вид устройства, на фиг.2 - циклограмма, поясняющая принцип перемещения транспортного средства на прямолинейном участке.
Внутритрубное транспортное средство выполнено из шести сочлененных звеньев-корпусов 1, 2, 3, 4, 5, 6 (фиг.1). Между звеньями-корпусами установлены шарниры 7, 8, 9, 10, 11 с электроприводами 12, 13, 14, 15, 16, обеспечивающими угловое смещение звеньев-корпусов 1-6 относительно друг друга. В шарнирах 7-11 и на концах звеньев-корпусов 1 и 6 расположены опорные элементы 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 с встроенными контактными датчиками.
Контакт опорных элементов 17, 18 и 19 достигается путем поворота звеньев-корпусов в шарнирах 7, 8, 9, 10, 11 под действием электроприводов 12, 13, 14, 15, 16. При этом касание опорных элементов фиксируется встроенными контактными датчиками. Далее электроприводы 12, 13, 14, 15 и 16 перемещают звенья-корпусы на необходимый угол для обеспечения заданного исходного положения транспортного средства.
Исходным положением для транспортного средства является положение, при котором пара звеньев-корпусов, например 1-2 при движении устройства слева направо (фиг.2, а), находятся в контакте со стенками трубы, а звенья-корпуса 1, 2, 3 и 4 расположены под углом 0 град относительно друг друга.
Внутритрубное транспортное средство перемещается следующим образом (фиг.2 (а, б, в, г, д)).
Движение начинается из исходного положения транспортного средства (фиг.2, а). Под действием крутящего момента в шарнире 7, происходит расклинивание звеньев-корпусов 1 и 2 между стенок трубы, фиксируя положение транспортного средства за счет сил трения. Затем остальные электроприводы приводят в движение звенья-корпуса 3, 4, 5 и 6 таким образом, чтобы угол между звеньями 3 и 4 составлял 0 град, а опорные элементы звеньев-корпусов 4 и 5, касались поверхности трубы (фиг.2, б). Аналогичным образом происходит расклинивание звеньев-корпусов 5 и 6 под действием крутящего момента в шарнире 11 и транспортное средство фиксирует свое положение за счет сил трения. Далее, удерживаясь за счет расклинивания звеньев-корпусов 5 и 6, происходит перемещение звеньев-корпусов 1, 2, 3 и 4 с целью перемещения центра масс транспортного средства по направлению движения устройства (фиг.2, в). Далее происходит фиксация робота за счет расклинивания звеньев 1 и 2, и перемещение центра масс транспортного средства по направлению движения (фиг.2, г). Затем, в зависимости от выполняемой задачи, цикл движения повторяется или робот переходит в исходное состояние (фиг.2, д).
За счет поочередной фиксации передней и задней части транспортного средства осуществляется перемещение вдоль трубы на величину "l" за каждый цикл, где l - шаг.
Для обеспечения возможности фиксации положения робота за счет сил трения необходимо чтобы длина звена а удовлетворяла условию: 1,15D<а<3d, где D - максимально возможный диаметр трубы, d - минимальный диаметр трубы.
Перемещение по вертикальным участкам трубопроводов осуществляется аналогичным образом (см. фиг 2), однако для компенсации возмущающего воздействия в виде силы тяжести, используется система управления движением, включающая встроенные элементы питания, контактные датчики и датчики угла поворота звеньев.
Перемещение по изогнутым участкам трубопровода и по участкам с переменным диаметром, а также внутри секций сложной геометрии - происходит аналогично пошаговому перемещению по прямолинейным участкам. Это обеспечивается за счет включения в цикл управляющей программы транспортного средства дополнительных этапов движения, требующихся для определения конфигурации трубопровода и необходимых углов поворота звеньев-корпусов при движении. Детектирование геометрической формы трубопровода осуществляется с помощью контактных датчиков, встроенных в опорные элементы 17-23.
Мобильность и автономность транспортного средства обеспечивается встроенной системой управления включающей в себя источники питания, контактные датчики и датчики угла поворота звеньев-корпусов.
Использование внутритрубного транспортного средства позволит расширить область применения технического решения, за счет возможности преодоления наклонных и вертикальных участков трубы, а также за счет мобильности и автономности устройства.