一种张拉式爬管机器人及其使用方法

1.本发明属于管道机器人领域，特别是涉及一种张拉式爬管机器人及其使用方法。


背景技术：

2.在现代社会，各种管道已经遍布我们生活环境的各个角落。作为能源和其他物质的运输通道，给我们的生活带来了极大的便利和巨大的经济效益。但同时也产生了一系列问题，管道在使用过程中总会存在老化、腐蚀和堵塞等问题。而且大量管道因为空间狭小或存在有毒有害物质无法进入，这就给管道的检测和维护工作带来了很大的困难。为了进行管道的检测和维护，传统的挖掘方法和随机抽样的方法，存在工作量大和效率低等缺点。
3.因此管道机器人的想法被提了出来，使用机器人可以避免人进入危险的工作场所中，并且可以同样出色的完成作业，管道机器人的研究与应用，有效的解决了这一问题。管道机器人可搭载多种传感器、智能移动载体、作业装置和无损检测等技术,凭借其自身优势可以完成对管道的检测和维护。这极大地提高了管道检测和维护的工作效率。
4.目前市面上传统的管道内运动机器人以轮式和履带式机器人为主。在轮胎挤压管道内壁的基础上，通过驱动轮胎转动，在摩擦力的作用下，实现机器人的运动。这种传统的轮式或履带式机器人存在许多缺陷：与管壁贴合固定不可靠，使得其承受载荷的能力不足；难以实现或无法在竖直管道内的运行；传统管道机器人为整体式设计，使得其维修较为困难。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出一种张拉式爬管机器人及其使用方法,以解决传统管道机器人载荷能力不足且维修困难的问题。
6.为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种张拉式爬管机器人，包括顺次布置的头部支撑装置、包括至少两个伸缩装置的伸缩系统和尾部支撑装置且每相邻两装置均通过转动组件转动连接，所述头部支撑装置和尾部支撑装置对称布置在伸缩系统的两端，所述头部支撑装置、伸缩系统和尾部支撑装置用于相互配合在管道内蠕动行进；所述头部支撑装置和尾部支撑装置结构相同均包括半柔性绳索、缠线装置、连接板、连杆机构、弹性件和连接组件，所述连接组件和连接板上下间隔布置，所述连接板上端面与缠线装置相连，所述半柔性绳索设置有两个并对称布置在缠线装置的两侧，所述缠线装置内设有两个对称布置的转动端，每个转动端与对应位置的半柔性绳索非柔性端相连，每个半柔性绳索的柔性端均与连接组件相连，所述连杆机构设置有多个并圆周均布设置在连接板周侧，每个所述连杆机构的一端与连接组件相连、另一端与连接板相连，沿周向每相邻两个连杆机构通过一个弹性件相连，所述缠线装置用于通过半柔性绳索驱动连接组件动作并使连杆机构内的防滑垫靠近或远离管道内壁。
7.更进一步的，所述半柔性绳索包括钢丝线和弹簧，所述弹簧一端与钢丝线一端相连，所述弹簧另一端与钢丝线上的特定位置相连。
8.更进一步的，所述缠线装置包括步进电机、蜗轮蜗杆减速器、缠线盘和输出轴，所述蜗轮蜗杆减速器与连接板相连，所述步进电机的输出端与蜗轮蜗杆减速器相连，所述蜗轮蜗杆减速器两侧对称设置输出轴，每个输出轴均连接一个缠线盘，所述缠线盘与钢丝线另一端相连。
9.更进一步的，所述连接板为矩形且输出轴的轴线在连接板的投影与连接板的一个对角线重合。
10.更进一步的，所述连杆机构还包括第一杆、第二杆、第三杆、固定板和弧形弹簧片，所述第一杆和第三杆对称铰接在固定板两端，所述第一杆自由端与连接组件相铰接，所述第三杆自由端与连接板相铰接，所述第一杆和第三杆上对应位置均滑动连接有一个滑块，两个滑块均与第二杆相铰接，所述固定板靠近管道一侧的外圆弧面上设置防滑垫，所述防滑垫的左右两侧对称布置弧形弹簧片，所述弧形弹簧片的整体高度大于所述防滑垫的厚度。
11.更进一步的，所述弹性件包括两个间隔布置的拉簧，一个拉簧的两端分别与相邻两个连杆机构内第一杆靠近固定板一端相连，另一个拉簧的两端分别与相邻两个连杆机构内第三杆靠近固定板一端相连。
12.更进一步的，所述转动组件为轮胎式联轴器。
13.更进一步的，所述连接组件包括连接块、条形角码和活节螺栓，所述连接块与下端与条形角码的上端中部相连，所述条形角码两端对称设置活节螺栓，每个所述半柔性绳索通过活节螺栓与条形角码相连，所述连接块与全部第一杆自由端相铰接。
14.更进一步的，所述伸缩装置设有两个，分别为第一伸缩装置和第二伸缩装置，并均与头部支撑装置结构相同、且伸缩装置的连接组件为连接板。
15.根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述一种张拉式爬管机器人的方法，包括以下步骤：
16.s1、将一种张拉式爬管机器人放入管道内，初始状态为：机器人内各个装置均处于伸长状态。机器人整体放入管道后，各装置内的电机正向旋转，收回半柔性绳索，使头部支撑装置、全部伸缩装置和尾部支撑装置内的防滑垫依次沿径向扩张贴合在管道内壁上；
17.s2、控制头部支撑装置中的缠线装置开始反转放线，使头部支撑装置的全部防滑垫沿径向收回做径向收缩动作，同时头部支撑装置内连接组件沿轴向远离连接板做轴向伸长动作，直至头部支撑装置的连接组件达到预设的径向收缩程度；
18.s3、保持其他装置的状态，控制第一伸缩装置中的缠线装置开始反转放线，使第一伸缩装置进行径向收缩、轴向伸长动作，直至第一伸缩装置达到预设的轴向伸长程度；
19.s4、保持其他装置的状态，控制头部支撑装置中的缠线装置开始正转收线，使头部支撑装置进行径向扩张、轴向收缩的动作，直至头部支撑装置的防滑垫稳定支撑住管道内壁；
20.s5、保持其他装置的状态，控制第一伸缩装置中的缠线装置开始正转收线、第二伸缩装置中的缠线装置开始反转放线，使机器人同时进行第一伸缩装置的轴向收缩动作和第二伸缩装置的轴向伸长动作，直至第一伸缩装置的防滑垫稳定支撑住管道内壁、第二伸缩装置的防滑垫不再向外支撑管道内壁且第二伸缩装置处于伸长状态；
21.s6、保持其他装置的状态，控制尾部支撑装置中的缠线装置开始反转放线，进行尾
部支撑装置的径向收缩动作，直至达到预设的径向收缩程度；
22.s7、保持其他装置的状态，控制第二伸缩装置中的缠线装置开始正转收线，进行第二伸缩装置的径向扩张、轴向收缩动作，直至第二伸缩装置的防滑垫稳定支撑住管道内壁；
23.s8、保持其他装置的状态，控制尾部支撑装置中的缠线装置开始正转收线，进行尾部支撑装置的径向扩张动作，直至尾部支撑装置的防滑垫稳定支撑住管道内壁，完成一个蠕动行进动作；
24.s9、多次重复s2-s8，直至达到预定行进位置。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.1、本机器人能够通过头部支撑装置、包括至少两个伸缩装置的伸缩系统和尾部支撑装置且每相邻两装置均通过转动组件转动连接的方式，配合每个装置能够进行轴向和径向伸缩的特性，从而使机器人能够进行蠕动行进，对于各种管径的管体进行适应，同时对于各种方向的管体均有良好的适应性；
27.2、本机器人能够对管壁进行径向支撑，提供大的支撑力，且支撑过程保持多个装置与管壁贴合的方式，进一步提升支撑力，从而提高机器人在管道内的稳定性；
28.3、本机器人通过设置防滑垫径向支撑的方式，能够提高支撑的稳定性；
29.4、本机器人含有大量的弹性件，实现在应对意外冲击时，起到缓冲的作用，提高了机器人的抗冲击能力；
30.5、本机器人利用多个防滑垫与管道内壁接触，提供了充足的摩擦力，提高机器人运动的可靠性，使得其能够在竖直管道内爬行；
31.6、本机器人利用弧形弹簧片的设置，能够在非支撑阶段对防滑垫起到保护的作用，延长防滑垫的使用寿命，且由于弧形弹簧片能够进行形变，不会在支撑阶段影响防滑垫起到支撑作用；
32.7、本机器人采用模块化设计，各个装置通过转动组件转动连接，能够形成蠕动行进的运动方式，配合径向支撑和轴向运动，能够形成稳定可靠支撑力大的运动方式，且模块之间比如独立，能够适应各种工况并易于维修。
附图说明
33.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
34.图1为本发明所述的一种张拉式爬管机器人在管道内的结构示意图；
35.图2为本发明所述的一种张拉式爬管机器人的立体结构示意图；
36.图3为本发明所述的连接板与轮胎式联轴器的连接关系结构示意图；
37.图4为本发明所述的头部支撑装置和尾部支撑装置的立体结构示意图；
38.图5为本发明所述的伸缩装置的立体结构示意图；
39.图6为本发明所述的头部支撑装置拆去连杆机构后的立体结构示意图；
40.图7为本发明所述的连杆机构的立体结构示意图；
41.图8为本发明所述的固定板和弧形弹簧片的分布位置示意图；
42.图9为本发明所述的半柔性绳索的立体结构示意图。
43.头部支撑装置1；连接块1-1；半柔性绳索1-2；钢丝线1-2-1；弹簧1-2-2；缠线装置
1-3；步进电机1-3-1；蜗轮蜗杆减速器1-3-2；缠线盘1-3-3；输出轴1-3-4；连接板1-4；连杆机构1-5；第一杆1-5-1；第二杆1-5-2；第三杆1-5-3；固定板1-5-4；弧形弹簧片1-5-5；防滑垫1-5-6；拉簧1-6；条形角码1-7；活节螺栓1-8；第一伸缩装置2；第二伸缩装置3；尾部支撑装置4；轮胎式联轴器5；管道6；特定位置7。
具体实施方式
44.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
45.参见附图说明本实施方式，根据本发明的一个方面，提供一种张拉式爬管机器人，包括顺次布置的头部支撑装置1、包括至少两个伸缩装置的伸缩系统和尾部支撑装置4且每相邻两装置均通过转动组件转动连接，所述头部支撑装置1和尾部支撑装置4对称布置在伸缩系统的两端，所述头部支撑装置1、伸缩系统和尾部支撑装置4用于相互配合在管道6内蠕动行进；所述头部支撑装置1和尾部支撑装置4结构相同均包括半柔性绳索1-2、缠线装置1-3、连接板1-4、连杆机构1-5、弹性件和连接组件，所述连接组件和连接板1-4上下间隔布置，所述连接板1-4上端面与缠线装置1-3相连，所述半柔性绳索1-2设置有两个并对称布置在缠线装置1-3的两侧，所述缠线装置1-3内设有两个对称布置的转动端，每个转动端与对应位置的半柔性绳索1-2非柔性端相连，每个半柔性绳索1-2的柔性端均与连接组件相连，所述连杆机构1-5设置有多个并圆周均布设置在连接板1-4周侧，每个所述连杆机构1-5的一端与连接组件相连、另一端与连接板1-4相连，沿周向每相邻两个连杆机构1-5通过一个弹性件相连，所述缠线装置1-3用于通过半柔性绳索1-2驱动连接组件动作并使连杆机构1-5内的防滑垫1-5-6靠近或远离管道6内壁。头部支撑装置1、伸缩装置和尾部支撑装置4之间均通过转动组件转动连接，形成模块化的设计方式，每个模块具有独立性。通过相邻两装置之间转动连接的方式，能够形成蠕动的行进方式，配合缠线装置1-3进行驱动带动连接组件运动，连接组件进行运动会带动连杆机构1-5内的防滑垫1-5-6靠近或者远离管道6内壁，这样可以通过多个装置内防滑垫1-5-6与管道6贴合，单个装置内的防滑垫1-5-6缩回、连接组件伸展的方式，能够使机器人在行进中保证与管道6之间的支撑力，同时还能够保证在可靠支撑的前提进行蠕动，从而使本机器人能够适应各种工况，达到可靠移动的目的。
46.在本实施例中，所述半柔性绳索1-2包括钢丝线1-2-1和弹簧1-2-2，所述弹簧1-2-2一端与钢丝线1-2-1一端焊接相连，所述弹簧1-2-2另一端与钢丝线1-2-1上的特定位置7焊接相连。特定位置7需要满足以下条件：首先弹簧1-2-2的原长小于其并联的钢丝线1-2-1的长度并使得在弹簧1-2-2的正常伸长形变的范围下，整条钢丝线1-2-1可以实现绷直。采用钢丝线1-2-1和弹簧1-2-2结合的方式，目的是在安装半柔性绳索1-2时，保持钢丝线1-2-1的绷直状态。采用弹簧1-2-2与钢丝线1-2-1并联的方式，目的是使弹簧1-2-2在完成为绳索1-2产生预紧作用后，多余拉力继而由钢丝线1-2-1承受，保护弹簧1-2-2不受大于极限拉力的破坏产生塑性形变，从而延长使用寿命。半柔性绳索1-2采用两侧对称分布的形式并且垂直于连接板1-4，此种设置形式能够在相应的装置进行收缩时，提高能量的传递效率，避免因半柔性绳索1-2收紧时拉力分布不对称，导致装置产生不符合预期的变形或变形趋势，保障了装置的稳定性。
1上端的尺寸，利用了连接块1-1下端装置内的剩余空间，使头部支撑装置1和尾部支撑装置4在整体上近似呈锥形，采用条形角码1-7拓展了连接块1-1，使得活节螺栓1-8与连接块1-1的连接点远离头部支撑装置1和尾部支撑装置4整体的轴线，进而使得半柔性绳索1-2在一端连接活节螺栓1-8，另一端连接缠线盘1-3-3后，半柔性绳索1-2整体垂直于连接板1-4，使得通过半柔性绳索1-2传递的动力损失减少，提升了传动效率。缠线装置1-3上缠线盘1-3-3的对称布置，与对称布置的两个活节螺栓1-8呈对应关系，使得半柔性绳索1-2不会与连杆机构1-5中的第二杆1-5-2产生干涉，实现对装置内部空间的合理使用。活节螺栓1-8的设置能够提高半柔性绳索1-2安装的便利性和维修替换的便利性。
55.在本实施例中，所述伸缩装置设有两个，分别为第一伸缩装置2和第二伸缩装置3，并均与头部支撑装置1结构相同、且伸缩装置的连接组件为连接板1-4。由于第一伸缩装置2和第二伸缩装置3设置在机器人的中间位置，需要起到承上启下的作用，所以第一伸缩装置2和第二伸缩装置3内的连接组件同样设置为连接板1-4，便于和轮胎式联轴器5进行连接。
56.根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述一种张拉式爬管机器人的方法，包括以下步骤：
57.s1、将一种张拉式爬管机器人放入管道6内，初始状态为：机器人内各个装置均处于伸长状态。机器人整体放入管道后，各装置内的电机正向旋转，收回半柔性绳索1-2，使头部支撑装置1、全部伸缩装置和尾部支撑装置4内的防滑垫1-5-6依次沿径向扩张贴合在管道6内壁上；
58.s2、控制头部支撑装置1中的缠线装置1-3开始反转放线，使头部支撑装置1的全部防滑垫1-5-6沿径向收回做径向收缩动作，同时头部支撑装置1内连接组件沿轴向远离连接板1-4做轴向伸长动作，直至头部支撑装置1的连接组件达到预设的径向收缩程度；
59.s3、保持其他装置的状态，控制第一伸缩装置2中的缠线装置1-3开始反转放线，使第一伸缩装置2进行径向收缩、轴向伸长动作，直至第一伸缩装置2达到预设的轴向伸长程度；
60.s4、保持其他装置的状态，控制头部支撑装置1中的缠线装置1-3开始正转收线，使头部支撑装置1进行径向扩张、轴向收缩的动作，直至头部支撑装置1的防滑垫1-5-6稳定支撑住管道6内壁；
61.s5、保持其他装置的状态，控制第一伸缩装置2中的缠线装置1-3开始正转收线、第二伸缩装置3中的缠线装置1-3开始反转放线，使机器人同时进行第一伸缩装置2的轴向收缩动作和第二伸缩装置3的轴向伸长动作，直至第一伸缩装置2的防滑垫1-5-6稳定支撑住管道6内壁、第二伸缩装置3的防滑垫1-5-6不再向外支撑管道6内壁且第二伸缩装置3处于伸长状态；
62.s6、保持其他装置的状态，控制尾部支撑装置4中的缠线装置1-3开始反转放线，进行尾部支撑装置4的径向收缩动作，直至达到预设的径向收缩程度；
63.s7、保持其他装置的状态，控制第二伸缩装置3中的缠线装置1-3开始正转收线，进行第二伸缩装置3的径向扩张、轴向收缩动作，直至第二伸缩装置3的防滑垫1-5-6稳定支撑住管道6内壁；
64.s8、保持其他装置的状态，控制尾部支撑装置4中的缠线装置1-3开始正转收线，进行尾部支撑装置4的径向扩张动作，直至尾部支撑装置4的防滑垫1-5-6稳定支撑住管道6内
壁，完成一个蠕动行进动作；
65.s9、多次重复s2-s8，直至达到预定行进位置。
66.上述叙述中，由于头部支撑装置1、第一伸缩装置2、第二伸缩装置3和尾部支撑装置4的基本结构一致，下面以头部支撑装置1为例，叙述其单个装置的运作过程：通过步进电机1-3-1运转能够带动蜗轮蜗杆减速器1-3-2进行运转，蜗轮蜗杆减速器1-3-2进行运转会带动两侧的输出轴1-3-4进行同步转动，输出轴1-3-4进行转动会带动相应侧的缠线盘1-3-3进行转动，转动的方向取决于步进电机1-3-1的运转方向。当缠线盘1-3-3对半柔性绳索1-2进行缠绕时，连接块1-1靠近步进电机1-3-1方向运动，连接块1-1运动时会通过第一杆1-5-1带动固定板1-5-4向靠近管道6管壁的方向进行运动，从而使头部支撑装置1的径向扩张，轴向收缩。此过程中各个拉簧1-6会被拉伸。当缠线盘1-3-3对半柔性绳索1-2进行放线时，上述过程反向，头部支撑装置1的径向收缩，轴向扩张，拉簧1-6恢复形变。
67.上述叙述中，可能涉及到的控制器、传感器、控制程序等均为现有技术，此处不做赘述。
68.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

技术特征：
1.一种张拉式爬管机器人，其特征在于：包括顺次布置的头部支撑装置(1)、包括至少两个伸缩装置的伸缩系统和尾部支撑装置(4)且每相邻两装置均通过转动组件转动连接，所述头部支撑装置(1)和尾部支撑装置(4)对称布置在伸缩系统的两端，所述头部支撑装置(1)、伸缩系统和尾部支撑装置(4)用于相互配合在管道(6)内蠕动行进；所述头部支撑装置(1)和尾部支撑装置(4)结构相同均包括半柔性绳索(1-2)、缠线装置(1-3)、连接板(1-4)、连杆机构(1-5)、弹性件和连接组件，所述连接组件和连接板(1-4)上下间隔布置，所述连接板(1-4)上端面与缠线装置(1-3)相连，所述半柔性绳索(1-2)设置有两个并对称布置在缠线装置(1-3)的两侧，所述缠线装置(1-3)内设有两个对称布置的转动端，每个转动端与对应位置的半柔性绳索(1-2)非柔性端相连，每个半柔性绳索(1-2)的柔性端均与连接组件相连，所述连杆机构(1-5)设置有多个并圆周均布设置在连接板(1-4)周侧，每个所述连杆机构(1-5)的一端与连接组件相连、另一端与连接板(1-4)相连，沿周向每相邻两个连杆机构(1-5)通过一个弹性件相连，所述缠线装置(1-3)用于通过半柔性绳索(1-2)驱动连接组件动作并使连杆机构(1-5)内的防滑垫(1-5-6)靠近或远离管道(6)内壁。2.根据权利要求1所述的一种张拉式爬管机器人，其特征在于：所述半柔性绳索(1-2)包括钢丝线(1-2-1)和弹簧(1-2-2)，所述弹簧(1-2-2)一端与钢丝线(1-2-1)一端相连，所述弹簧(1-2-2)另一端与钢丝线(1-2-1)上的特定位置(7)相连。3.根据权利要求2所述的一种张拉式爬管机器人，其特征在于：所述缠线装置(1-3)包括步进电机(1-3-1)、蜗轮蜗杆减速器(1-3-2)、缠线盘(1-3-3)和输出轴(1-3-4)，所述蜗轮蜗杆减速器(1-3-2)与连接板(1-4)相连，所述步进电机(1-3-1)的输出端与蜗轮蜗杆减速器(1-3-2)相连，所述蜗轮蜗杆减速器(1-3-2)两侧对称设置输出轴(1-3-4)，每个输出轴(1-3-4)均连接一个缠线盘(1-3-3)，所述缠线盘(1-3-3)与钢丝线(1-2-1)另一端相连。4.根据权利要求3所述的一种张拉式爬管机器人，其特征在于：所述连接板(1-4)为矩形且输出轴(1-3-4)的轴线在连接板(1-4)的投影与连接板(1-4)的一个对角线重合。5.根据权利要求1所述的一种张拉式爬管机器人，其特征在于：所述连杆机构(1-5)还包括第一杆(1-5-1)、第二杆(1-5-2)、第三杆(1-5-3)、固定板(1-5-4)和弧形弹簧片(1-5-5)，所述第一杆(1-5-1)和第三杆(1-5-3)对称铰接在固定板(1-5-4)两端，所述第一杆(1-5-1)自由端与连接组件相铰接，所述第三杆(1-5-3)自由端与连接板(1-4)相铰接，所述第一杆(1-5-1)和第三杆(1-5-3)上对应位置均滑动连接有一个滑块，两个滑块均与第二杆(1-5-2)相铰接，所述固定板(1-5-4)靠近管道(6)一侧的外圆弧面上设置防滑垫(1-5-6)，所述防滑垫(1-5-6)的左右两侧对称布置弧形弹簧片(1-5-5)，所述弧形弹簧片(1-5-5)的整体高度大于所述防滑垫(1-5-6)的厚度。6.根据权利要求4所述的一种张拉式爬管机器人，其特征在于：所述弹性件包括两个间隔布置的拉簧(1-6)，一个拉簧(1-6)的两端分别与相邻两个连杆机构(1-5)内第一杆(1-5-1)靠近固定板(1-5-4)一端相连，另一个拉簧(1-6)的两端分别与相邻两个连杆机构(1-5)内第三杆(1-5-3)靠近固定板(1-5-4)一端相连。7.根据权利要求1所述的一种张拉式爬管机器人，其特征在于：所述转动组件为轮胎式联轴器(5)。8.根据权利要求5所述的一种张拉式爬管机器人，其特征在于：所述连接组件包括连接块(1-1)、条形角码(1-7)和活节螺栓(1-8)，所述连接块(1-1)与下端与条形角码(1-7)的上
端中部相连，所述条形角码(1-7)两端对称设置活节螺栓(1-8)，每个所述半柔性绳索(1-2)通过活节螺栓(1-8)与条形角码(1-7)相连，所述连接块(1-1)与全部第一杆(1-5-1)自由端相铰接。9.根据权利要求1所述的一种张拉式爬管机器人，其特征在于：所述伸缩装置设有两个，分别为第一伸缩装置(2)和第二伸缩装置(3)，并均与头部支撑装置(1)结构相同、且伸缩装置的连接组件为连接板(1-4)。10.一种使用如权利要求1-9中任一项所述的一种张拉式爬管机器人的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将一种张拉式爬管机器人放入管道(6)内，初始状态为：机器人内各个装置均处于伸长状态。机器人整体放入管道后，各装置内的电机正向旋转，收回半柔性绳索(1-2)，使头部支撑装置(1)、全部伸缩装置和尾部支撑装置(4)内的防滑垫(1-5-6)依次沿径向扩张贴合在管道(6)内壁上；s2、控制头部支撑装置(1)中的缠线装置(1-3)开始反转放线，使头部支撑装置(1)的全部防滑垫(1-5-6)沿径向收回做径向收缩动作，同时头部支撑装置(1)内连接组件沿轴向远离连接板(1-4)做轴向伸长动作，直至头部支撑装置(1)的连接组件达到预设的径向收缩程度；s3、保持其他装置的状态，控制第一伸缩装置(2)中的缠线装置(1-3)开始反转放线，使第一伸缩装置(2)进行径向收缩、轴向伸长动作，直至第一伸缩装置(2)达到预设的轴向伸长程度；s4、保持其他装置的状态，控制头部支撑装置(1)中的缠线装置(1-3)开始正转收线，使头部支撑装置(1)进行径向扩张、轴向收缩的动作，直至头部支撑装置(1)的防滑垫(1-5-6)稳定支撑住管道(6)内壁；s5、保持其他装置的状态，控制第一伸缩装置(2)中的缠线装置(1-3)开始正转收线、第二伸缩装置(3)中的缠线装置(1-3)开始反转放线，使机器人同时进行第一伸缩装置(2)的轴向收缩动作和第二伸缩装置(3)的轴向伸长动作，直至第一伸缩装置(2)的防滑垫(1-5-6)稳定支撑住管道(6)内壁、第二伸缩装置(3)的防滑垫(1-5-6)不再向外支撑管道(6)内壁且第二伸缩装置(3)处于伸长状态；s6、保持其他装置的状态，控制尾部支撑装置(4)中的缠线装置(1-3)开始反转放线，进行尾部支撑装置(4)的径向收缩动作，直至达到预设的径向收缩程度；s7、保持其他装置的状态，控制第二伸缩装置(3)中的缠线装置(1-3)开始正转收线，进行第二伸缩装置(3)的径向扩张、轴向收缩动作，直至第二伸缩装置(3)的防滑垫(1-5-6)稳定支撑住管道(6)内壁；s8、保持其他装置的状态，控制尾部支撑装置(4)中的缠线装置(1-3)开始正转收线，进行尾部支撑装置(4)的径向扩张动作，直至尾部支撑装置(4)的防滑垫(1-5-6)稳定支撑住管道(6)内壁，完成一个蠕动行进动作；s9、多次重复s2-s8，直至达到预定行进位置。

技术总结
本发明提出了一种张拉式爬管机器人及其使用方法，属于管道机器人领域。解决传统管道机器人载荷能力不足且维修困难的问题。一种张拉式爬管机器人，包括顺次布置的头部支撑装置、包括至少两个伸缩装置的伸缩系统和尾部支撑装置，头部支撑装置和尾部支撑装置对称布置在伸缩系统的两端，头部支撑装置、伸缩系统和尾部支撑装置用于相互配合在管道内蠕动行进；头部支撑装置和尾部支撑装置结构相同均包括半柔性绳索、缠线装置、连接板、连杆机构、弹性件和连接组件，每个半柔性绳索的柔性端均与连接组件相连，缠线装置用于通过半柔性绳索驱动连接组件动作并使连杆机构内的防滑垫靠近或远离管道内壁。它主要用于管道内行进。远离管道内壁。它主要用于管道内行进。远离管道内壁。它主要用于管道内行进。


技术研发人员：杨非凡 张星雨 王鑫 刘贺平
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/11