CN102620110A - 一种管道机器人 - Google Patents

Abstract

一种管道机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括端部和尾部，所述机器人本体上环绕分布有用于支撑所述机器人本体的支撑喷嘴，所述机器人本体的尾部设置有用于驱动所述机器人本体的驱动喷嘴，所述支撑喷嘴和所述驱动喷嘴与喷射源相连接。本发明所揭示的管道机器人，可通过从支撑喷嘴喷射出喷射介质的方式，使机器人悬浮于管道内，再通过从驱动喷嘴喷射出喷射介质的方式，驱动机器人在管道内行驶，无需使用传统的履带、车轮或是支撑杆即可实现机器人在管道内行驶，避免了机器人由于管道内的异物、管道本身发生变形等问题而阻碍其运动。

Description

一种管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种应用于管道检测或维护等工作的管道机器人。

背景技术

随着石油、化工、天然气及核工业的发展及管道检测或维护等工作的需要，管道机器人也得到了更为深入的研究和广泛的使用。针对各种生产设备的输送管道(水、汽、油等)，以及特殊设备(高压管道等)的安全检测及维护，管道机器人在实际应用中具有很重要的实用价值。

现有的管道机器人基本上采用以下几种结构：

一、履带车结构，底部采用履带带动管道机器人在管道内行走；

二、支撑杆结构，采用端部带有轮子的折叠杆结构将机器人支撑在管道中间，然后再实现行走运动。

三、轮式结构，采用传统车轮或特殊结构的车轮与管道内壁面接触，使管道机器人在管道内行驶。

但是，以上这些现有的管道机器人由于自身结构所限，在实际应用中存在以下的问题：

一、对管道的适应性差，由于机械结构的限制，管道机器人的尺寸不可能做得很小，难以在管径很小的管道中应用；

二、在管道内转弯困难，特别是丁字路口的转弯；

三、管道内的异物，或是管道本身发生变形，这些都将阻碍机器人的运动，甚至导致机器械人发生侧翻或卡死等问题。

而特殊结构的管道机器人，例如压电驱动、纤毛驱动结构的机器人，其带负载的能力有限，很难实用。

因此，需要设计一种能灵活应用于各种管道(特别是小管径管道)检测与维护等工作的管道机器人，这种管道机器人不会由于管道内的异物、管道本身发生变形等问题而阻碍其运动。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种可在管道内自由行驶的管道机器人，该机器人不会由于管道内的异物、管道本身发生变形等问题而阻碍其在管道内的运动。

为解决上述问题，本发明揭示了一种管道机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括端部和尾部，所述机器人本体上环绕分布有用于支撑所述机器人本体的支撑喷嘴，所述机器人本体的尾部设置有用于驱动所述机器人本体的驱动喷嘴，所述支撑喷嘴和所述驱动喷嘴与喷射源相连接。

优选地，所述支撑喷嘴的喷射方向可以调节。

优选地，所述喷射源内置于所述机器人本体内，所述喷射源的喷射介质通过所述支撑喷嘴、驱动喷嘴喷出。

优选地，所述喷射源设置于所述机器人本体的外部，且所述喷射源通过连接管与所述机器人本体连接，所述喷射源的喷射介质通过所述支撑喷嘴、驱动喷嘴喷出。

优选地，所述喷射源为空压机、液压泵或水泵。

优选地，所述喷射源的喷射介质为气体、液体或泥浆。

优选地，所述机器人本体采用球端面圆柱体、圆球、圆柱体。

优选地，所述管道机器人还包括用于控制流经所述支撑喷嘴、驱动喷嘴的喷射介质流量的电磁阀，所述电磁阀与控制器连接。

优选地，所述控制器为有线控制器或无线控制器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所揭示的管道机器人，包括机器人本体，所述机器人本体包括端部和尾部，所述机器人本体上环绕分布有用于支撑所述机器人本体的支撑喷嘴，所述机器人本体的尾部设置有用于驱动所述机器人本体的驱动喷嘴，所述支撑喷嘴和所述驱动喷嘴与喷射源相连接。本发明所揭示的管道机器人，可通过从支撑喷嘴喷射出喷射介质的方式，使机器人悬浮于管道内，再通过从驱动喷嘴喷射出喷射介质的方式，驱动机器人在管道内行驶，无需使用现有的履带、车轮或是支撑杆即可实现机器人在管道内行驶，避免了机器人由于管道内的异物、管道本身发生变形等问题而阻碍其运动。

附图说明

图1是本发明优选实施例所揭示的管道机器人的结构示意图；

其中：1、机器人本体；11、端部；12、尾部；3、支撑喷嘴；4、驱动喷嘴；6、喷射源；7、连接管；8、控制器；9、电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述。

如图1所示，本发明揭示了一种管道机器人，包括机器人本体1，机器人本体1包括端部11和尾部12。在实际使用中，端部11可以设置有用于管道安全检测的检测装置，或是用于疏通管道的疏通装置，等等。现有的管道机器人均利用履带、车轮或是端部带有轮子的支撑杆实现机器人在管道内的行驶，由于当机器人在管道内行驶时，这些履带、车轮或是端部带有轮子的支撑杆与管道内壁直接接触，当管道内存在异物，或是管道本身发生变形时，将阻碍机器人在管道内的运动，从而影响管道的安全检测或是维护。

在本发明优选实施例中，机器人本体1上环绕分布有用于支撑机器人本体1的支撑喷嘴3，支撑喷嘴3通过在机器人本体1的外壳上开设一排或多排孔洞而形成。支撑喷嘴3与喷射源6相连接，喷射源6的喷射介质可从支撑喷嘴3喷射而出。此处，为了便于控制，使机器人本体1更易保持平衡，这些形成支撑喷嘴3的孔洞均匀分布于机器人本体1的外壳上，且这些孔洞的直径相同，使得各支撑喷嘴3所喷射出的喷射介质的流量在正常情况下是相同的。

如此设置，当喷射源6的喷射介质从支撑喷嘴3喷出，利用力的反作用原理，可使机器人本体1悬浮于管道中，机器人本体1与管道内壁没有任何接触，而无需借用任何履带、车轮或是支撑杆等复杂的机械结构。

进一步地，如果管道内存在异物，或是管道本身发生变形向管内突出，当机器人本体1在行驶过程中靠近这些异物或是突出部时，机器人本体1可利用各支撑喷嘴3喷射喷射介质时产生的作用力对管道内壁产生反作用力，自动调整与管道内壁之间的距离，当机器人本体1越靠近这些异物或是突出部，机器人本体1产生的反作用力越大，使机器人本体1越远离管道内的异物或是突出部，从而确保机器人本体1在管道内行驶时的畅通无阻。

机器人本体1的尾部12设置有用于驱动机器人本体1的驱动喷嘴4，驱动喷嘴4通过在机器人本体1的外壳上开设孔洞而形成，驱动喷嘴4与喷射源6相连接，喷射源6的喷射介质可从驱动喷嘴4喷射而出。开设于机器人本体1的外壳上的作为驱动喷嘴4的孔洞的数量可以为一个或多个，具体数量视所需驱动力的大小进行设计，如果所需驱动力较大，可适当增加驱动喷嘴4的数量；相反地，如果所需驱动力较小，可适当减少驱动喷嘴4的数量。

如此设置，当喷射源6的喷射介质从驱动喷嘴4喷出，利用力的反作用原理，驱使机器人本体1朝相反于喷射介质的喷射方向行驶。由于驱动喷嘴4设置于机器人本体1的尾部12，因此，当喷射介质从驱动喷嘴4喷出时，可驱动机器人本体1向前行驶，而无需借用任何履带、车轮或是支撑杆等复杂的机械结构。而且，在行驶过程中，机器人本体1与管道无任何接触，无论管道内存在异物，或是管道本身发生变形，都不会阻碍机器人在管道内的运动，从而保证管道的安全检测或是维护。

进一步地，在实际使用过程中，被检测或是被维护的管道普遍存在拐弯角或是弧度，这就要求在管道内进行安全检测或是维护的管道机器人具有转弯的功能。本发明优选实施例所揭示的管道机器人，通过适当控制支撑喷嘴3所喷射出的喷射介质的方向和流量，可赋予支撑喷嘴3更多的功能，而非仅仅是支撑机器人本体1的功能。具体地，当将支撑喷嘴3所喷射出的喷射介质的方向转过一定角度，比如，使支撑喷嘴3的转向偏向机器人本体1的尾部12，即可使支撑喷嘴3实现与驱动喷嘴4相同的作用，从而驱动机器人行驶；当使位于对角线上的某一对支撑喷嘴所喷射的喷射介质的流量大于其它支撑喷嘴所喷射的喷射介质的流量时，可改变机器人本体1的行驶方向；当位于机器人本体1行驶时前端底部的某个支撑喷嘴所喷射的喷射介质的流量大于其它支撑喷嘴所喷射的喷射介质的流量时，可实现机器人本体1的仰视；当位于机器人本体1行驶时前端上部的某个支撑喷嘴所喷射的喷射介质的流量大于其它支撑喷嘴所喷射的喷射介质的流量时，可实现机器人本体1的俯视。

其中，在改变机器人本体1的行驶方向之前，首先需要调整机器人本体1的姿态，以确保机器人本体1的转弯方向。在本发明优选实施例中，通过控制各支撑喷嘴3所喷射出的喷射介质的流量，使机器人本体1处于水平位置，然后再通过控制位于对角线上的某一对支撑喷嘴所喷射的喷射介质的流量大于其它支撑喷嘴所喷射的喷射介质的流量，从而改变机器人本体1的行驶方向，达到转弯目的。

在本发明优选实施例中，喷射源6的设置方式可选择内置式或外置式。当喷射源6内置于机器人本体1时，喷射源6的喷射介质通过支撑喷嘴3、驱动喷嘴4喷出，由于喷射源6需要占据一定的空间，因此，机器人本体1的尺寸不可能做到很小，不适用于管径尺寸太小的管道。

当喷射源6外置于机器人本体1时，需要使用连接管7将喷射源6与支撑喷嘴3、驱动喷嘴4相连接，使喷射源6的喷射介质通过支撑喷嘴3、驱动喷嘴4喷出。此时，由于喷射源6不需要占据机器人本体1内有限的空间，因此，可将机器人本体1的尺寸做到很小(直径可达2厘米以下)，以适用于管径尺寸很小的管道，特别是管径为5厘米以内的管道。

此处，喷射源6可以为空压机或液压泵等能够产生足够压力和出量的压缩机械。相应地，喷射源6的喷射介质可以为气体、液体或泥浆。而现有的机器人很难在充满液体的管道中工作。本发明所揭示的管道机器人，不但其所利用的喷射介质可以为液体或泥浆，还可以利用管道内原始存在的液体本身作为喷射介质进行工作，从而可以在不停产的情况下进行工作。这在某些特殊情况下的应用是非常重要的，例如，可以在不停水的情况下对水管进行检测，从而不影响正常的生产和生活用水。

在本发明优选实施例中，管道机器人还包括用于控制流经支撑喷嘴3、驱动喷嘴4的喷射介质流量的电磁阀9，电磁阀9与控制器8连接。操作时，可通过控制电磁阀9的开关的状态，从而控制流经支撑喷嘴3、驱动喷嘴4的喷射介质流量，进而控制机器人本体1的驱动或停止、旋转方向。

当然，此处电磁阀9和控制器8的设置方式与喷射源6的设置方式相同，可根据需要选择内置或外置的设置方式，从而使管道机器人的最终产品具有多种组合方式，实际投入市场时可形成系列产品。

当选择全内置的方式，即电磁阀9、控制器8和喷射源6全部设置于机器人本体1内时，比较适用于喷射源6为液体的管道机器人，因为用于喷射液体的水泵的体积和重量可以很小。但是管道机器人的整体尺寸存在一定的限制，不适用于管径太小的管道；

当选择全外置的方式，即电磁阀9、控制器8和喷射源6全部设置于机器人本体1的外部时，管道机器人的整体尺寸可以做得很小，适用于管径较小的管道，此时，管道机器人的结构最为简单。

当采用部分外置的方式，即电磁阀9、控制器8和喷射源6中的一个或两个设置于机器人本体1外、另两个或一个设置于机器人本体1内，可根据实际使用需要自由组合。通常情况下，采用部分外置的方式时是将体积和重量较大喷射源6设置于机器人本体1外。

此外，控制器8可以采用有线控制器或无线控制器。

本发明所揭示的管道机器人，机器人本体1可采用如图1所示的球端面圆柱体，或者采用圆球或圆柱体。圆球形管道机器人最为灵活，由于球体的特殊形状，它可以在管道内实现任意旋转和全方向的运动。但是，圆球形机器人的控制难度相应要高得多。

本发明所揭示的管道机器人，包括机器人本体1，机器人本体1包括端部11和尾部12，机器人本体1上环绕分布有用于支撑机器人本体1的支撑喷嘴3，机器人本体1的尾部12设置有用于驱动机器人本体1的驱动喷嘴4，支撑喷嘴3和驱动喷嘴4与喷射源6相连接。本发明所揭示的管道机器人，可通过从支撑喷嘴3喷射出喷射介质的方式，使机器人悬浮于管道内，再通过从驱动喷嘴4喷射出喷射介质的方式，驱动机器人在管道内行驶，无需使用传统的履带、车轮或是支撑杆即可实现机器人在管道内行驶，避免了机器人由于管道内的异物、管道本身发生变形等问题而阻碍其运动，从而避免了影响管道的安全检测或是维护。

本发明所揭示的管道机器人，结构简单，操控简便，而且可以在充满液体的管道内进行正常工作，从而可以在不停产的情况下进行工作，非常具有实用价值。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种管道机器人，包括机器人本体(1)，所述机器人本体(1)包括端部(11)和尾部(12)，其特征在于：所述机器人本体(1)上环绕分布有用于支撑所述机器人本体(1)的支撑喷嘴(3)，所述机器人本体(1)的尾部(12)设置有用于驱动所述机器人本体(1)的驱动喷嘴(4)，所述支撑喷嘴(3)和所述驱动喷嘴(4)与喷射源(6)相连接。

2.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述支撑喷嘴(3)的喷射方向可以调节。

3.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述喷射源(6)内置于所述机器人本体(1)内，所述喷射源(6)的喷射介质通过所述支撑喷嘴(3)、驱动喷嘴(4)喷出。

4.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述喷射源(6)设置于所述机器人本体(1)的外部，且所述喷射源(6)通过连接管(7)与所述机器人本体(1)连接，所述喷射源(6)的喷射介质通过所述支撑喷嘴(3)、驱动喷嘴(4)喷出。

5.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述喷射源(6)为空压机、液压泵或水泵。

6.根据权利要求5所述的管道机器人，其特征在于：所述喷射源(6)的喷射介质为气体、液体或泥浆。

7.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述机器人本体(1)采用球端面圆柱体、圆球、圆柱体。

8.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述管道机器人还包括用于控制流经所述支撑喷嘴(3)、驱动喷嘴(4)的喷射介质流量的电磁阀(9)，所述电磁阀(9)与控制器(8)连接。

9.根据权利要求8所述的管道机器人，其特征在于：所述控制器(8)为有线控制器或无线控制器。

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