CN107120491B - 一种新型管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型管道机器人，包括壳体、磁力行进装置和控制机构；壳体用于在管道中滚动行进；该壳体为圆盘状结构，壳体的环形侧面设有相互对称的摄像间隙，每个摄像间隙内还安装有摄像头和LED灯；磁力行进装置用于提供壳体滚动行进的动力，并通过改变磁力大小调节行进的方向和位置；控制机构用于发送控制命令，并为磁力行进装置提供电能。本发明通过磁力变化使得管道机器人形成前进的动力，再加上管道机器人为圆形结构，使得能在管道中不断滚动前行，由于能够控制磁力的变化，在管道中遇到障碍物也可以轻易绕过去，且能缩小管道机器人的体积，适用于各个金属管道内的巡检任务。

Description

一种新型管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种新型管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。现有的管道机器人共有八种类型，分别是轮式机器人、履带式机器人、腹壁式机器人、行走式机器人、蠕动式机器人、螺旋驱动式机器人和蛇形机器人，但这些管道机器人的行进方式都存在部分缺点，不仅动力消耗大，且不便于转角、过弯等操作。

专利申请号：201710020863.9公开一种履带式管道机器人，包括车身主体、行走机构、清理机构和电子控制系统，所述行走机构包括两个履带式行走轮、两个履带式压紧轮和两个轮槽，所述履带式行走轮设置于车身主体下方两侧，所述履带式压紧轮设置于轮槽内，所述两个轮槽分别通过一伸缩杆连接于车身主体上部两侧，所述伸缩杆上均套设有一弹簧。

上述专利申请所述的管道机器人采用的是履带行进的方式，其不仅需要履带式行进轮，还需要驱动履带行进的动力装置，使得管道机器人的体积较大，该履带管道机器人在管道过弯时，十分不便。

专利申请号：201710028481.0提供了一种智能遥控自适应管道机器人，包括控制导向组件、万向传动组件和六个自适应调整支架组件；控制导向组件包括牵引销轴、牵引壳体、电池盒、电池组、锥形转接壳体、电路板、减速电机、减速电机安装壳体、传动阶梯轴、滚动轴承、轴承挡圈和尼龙挡块；万向传动组件包括阻尼弹簧、万向节、弹簧预紧手轮、手轮套筒、平面推力轴承、传动轴、六面体套筒和锥形法兰；所述自适应调整支架组件包括聚氨酯轮、深沟球轴承、聚氨酯轮转轴、双耳支架、双耳固定座、两根连杆、两个弹簧定位销、两根弹簧、定位销轴和安装底座。

在该专利申请里，其提供了一种智能遥控的管道机器人，虽然其包括万向传动组件，使得能适应各个管径的管道，但若管道内存在异物，或管道过弯或管道变窄等，该管道机器人的适应能力将明显减弱，进一步的，若处于金属管内，金属管内的信号弱或难以与外部进行数据互联，该管道机器人则失去了主控人，难以胜任各类复杂环境。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型管道机器人，本申请通过磁力变化使得管道机器人形成前进的动力，再加上管道机器人为圆形结构，使得能在管道中不断滚动前行，由于能够控制磁力的变化，在管道中遇到障碍物也可以轻易绕过去，且能缩小管道机器人的体积，适用于各个金属管道内的巡检任务。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种新型管道机器人，包括壳体、磁力行进装置和控制机构；

所述壳体用于在管道中滚动行进；该壳体为圆盘状结构，壳体正面中间设有内凹的圆形凹槽，壳体的环形侧面为第一侧面，圆形凹槽的环形内壁为第二侧面，第一侧面上设有相互对称的摄像间隙，每个摄像间隙内还安装有摄像头和LED灯；

所述磁力行进装置用于提供壳体滚动行进的动力，并通过改变磁力大小调节行进的方向和位置；该磁力行进装置由若干磁力驱动机构和若干磁铁组构成，所述磁力驱动机构等间距安装于第二侧面上，所述磁铁组等间距安装于第一侧面上，磁力驱动机构和磁铁组一一对应相连；

所述控制机构用于发送控制命令，并为磁力行进装置提供电能，所述控制机构包括控制电路板和蓄电池，该控制机构安装于圆形凹槽内，并通过线缆分别与每个磁力驱动机构相连，所述控制电路板还分别与摄像头和LED灯相连。

进一步的，在本发明中，所述磁铁组由一块永磁铁和一块电磁铁构成，所述永磁铁和所述电磁铁为圆形纽扣形状。

进一步的，在本发明中，所述摄像间隙上还设有用于遮蔽灰尘的透明罩。

进一步的，在本发明中，壳体背面设有USB接口和充电接口，USB接口和充电接口上分别设有用于遮蔽灰尘的盖体。

进一步的，在本发明中，壳体正面和壳体背面分别设有用于防止跌倒的锥形端子。

一种新型管道机器人的行进方法，包括以下步骤：

S1、设定每组磁铁组包括唯一的特征识别码，建立每个磁铁组的关系链接表，所述关系链接表包括该磁铁组的唯一特征识别码，该磁铁组相邻的两个磁铁组的唯一特征识别码，以及相邻两个磁铁组与该磁铁组的上下位置关系；

S2、建立驱动命令与行进方向之间的关系表，该关系表包括向前驱动时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化方向、向后驱动时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化方向、静止时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化状态；

S3、在行进过程中，实时捕获磁铁组的状态，并实时刷新上一次的磁铁组状态信息。

进一步的，在本发明中，设定在行进过程中，获取到当前磁铁组的状态信息与预设状态不同，则纠错并更新。

进一步的，在本发明中，设定当前磁铁组的状态信息与预设状态不同包括：

磁铁组与管道内壁接触的反馈时间长短不同；

与管道内壁接触的磁铁组数量与预设数量不同；

与管道内壁接触的磁铁组的唯一特征识别码与预设特征码不同；

行进方向不同。

进一步的，在本发明中，设定在行进方向发生错误时，则再次调换磁铁组的行进秩序再次行进，并检测行进方向是否再次发生改变，若行进方向被反复改变超过预设次数，则对该点进行标记，改变原有路径前进。

本发明的有益效果是：

(1)通过磁力变化使得管道机器人形成前进的动力，再加上管道机器人为圆形结构，使得能在管道中不断滚动前行；

(2)由于能够控制磁力的变化，在管道中遇到障碍物也可以轻易绕过去，且能缩小管道机器人的体积，适用于各个金属管道内的巡检任务；

(3)结构精巧，避免传统管道机器人在管道内倾倒后无法正常工作的弊端，能在管道存在异物、管道过弯、管道变窄等恶劣条件下进行正常工作；

(4)避免传统其他行进方式的管道机器人，其结构过大，动力装置十分耗电，无法进入深处的管道进行巡检的弊端；

(5)避免传统管道机器人需要远程操控的弊端，能自主控制管道机器人的巡检过程，避免传统遇到金属管道无法进行遥控的问题，适用范围广，能应变于各个复杂环境的管道巡检和勘探。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的背面结构示意图；

图3为本发明的立体结构示意图；

图4为本发明的侧面结构示意图；

图5为本发明实施例3的结构示意图；

图6为本发明实施例3的立体结构示意图；

图中，10-壳体，11-圆形凹槽，12-控制机构，13-摄像间隙，14-磁力驱动机构，15-磁铁组，16-USB接口，17-充电接口，18-摄像头，19-LED灯，20-锥形端子。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1：

一种新型管道机器人，请参阅附图1-附图4所示，包括壳体10、磁力行进装置和控制机构12；

所述壳体10用于在管道中滚动行进；该壳体10为圆盘状结构，壳体10正面中间设有内凹的圆形凹槽11，壳体10的环形侧面为第一侧面，圆形凹槽11的环形内壁为第二侧面，第一侧面上设有相互对称的摄像间隙13，每个摄像间隙13内还安装有摄像头18和LED灯19；

所述磁力行进装置用于提供壳体10滚动行进的动力，并通过改变磁力大小调节行进的方向和位置；该磁力行进装置由若干磁力驱动机构14和若干磁铁组15构成，所述磁力驱动机构等间距安装于第二侧面上，所述磁铁组15等间距安装于第一侧面上，磁力驱动机构14和磁铁组15一一对应相连；

所述控制机构12用于发送控制命令，并为磁力行进装置提供电能，所述控制机构12包括控制电路板和蓄电池，该控制机构安装于圆形凹槽11内，并通过线缆分别与每个磁力驱动机构14相连，所述控制电路板还分别与摄像头18和LED灯19相连。

需要说明的是，本实施例采用圆盘状结构的壳体10，在壳体10的第一侧面上设有若干磁铁组15，需要驱动该管道机器人向前行进时，则对壳体10上的磁铁组15进行顺序加电，使得壳体10上的磁铁组15对铁质的管道内壁产生吸力，从而形成向前行进的动力。这种驱动方式所需要的电能极小，比传统的履带式管道机器人，或滚轮式管道机器人更节约电能，且其行进的方向可随着磁铁组15的磁力改变而进行改变，灵活多变，适用于各种复杂的管道环境。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别之处在于，本实施例的磁铁组15由一块永磁铁和一块电磁铁构成，永磁铁和电磁铁的形状均为圆形的纽扣形状，本实施例采用这种磁铁组15搭配，使得一块永磁铁的磁力无法完全承受整个管道机器人的重量，无法稳稳的吸附在管道内壁上，而另一块电磁铁只需要提供少许磁力，即可达到吸附在管道内壁的目的，并能通过不同磁铁组15的磁力变换达到在管道内行进的目的。

实施例3：

本实施例与上述两个实施例的区别之处在于，请参阅附图5和附图6所示，本实施例在壳体10正面和壳体10背面分别设有用于防止跌倒的锥形端子20，该锥形端子20在管道机器人行进过程中，遇到障碍物不会造成跌倒的现象，会绕着锥形端子20旋转一圈，并继续前进；

该结构精巧，避免传统管道机器人在管道内倾倒后无法正常工作的弊端，能在管道存在异物、管道过弯、管道变窄等恶劣条件下进行正常工作。

实施例4：

本实施例与上述几个实施例的不同之处在于，本实施例设在摄像间隙13上设有用于遮蔽灰尘的透明罩，避免在巡检过程中，被管道内的灰尘浸入。进一步的，本实施例还在壳体背面设有USB接口16和充电接口17，在USB接口16和充电接口17上也分别设有用于遮蔽灰尘的盖体。

实施例5：

本实施例包括一种新型管道机器人的行进方法，包括以下步骤：

S1、设定每组磁铁组包括唯一的特征识别码，建立每个磁铁组的关系链接表，所述关系链接表包括该磁铁组的唯一特征识别码，该磁铁组相邻的两个磁铁组的唯一特征识别码，以及相邻两个磁铁组与该磁铁组的上下位置关系；

S2、建立驱动命令与行进方向之间的关系表，该关系表包括向前驱动时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化方向、向后驱动时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化方向、静止时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化状态；

S3、在行进过程中，实时捕获磁铁组的状态，并实时刷新上一次的磁铁组状态信息。

进一步的，设定在行进过程中，获取到当前磁铁组的状态信息与预设状态不同，则纠错并更新。

具体的，设定当前磁铁组的状态信息与预设状态不同包括：

磁铁组与管道内壁接触的反馈时间长短不同；

与管道内壁接触的磁铁组数量与预设数量不同；

与管道内壁接触的磁铁组的唯一特征识别码与预设特征码不同；

行进方向不同。

需要说明的是，设定在行进方向发生错误时，则再次调换磁铁组的行进秩序再次行进，并检测行进方向是否再次发生改变，若行进方向被反复改变超过预设次数，则对该点进行标记，改变原有路径前进。

本发明能够控制磁力的变化，在管道中遇到障碍物也可以轻易绕过去，且能缩小管道机器人的体积，适用于各个金属管道内的巡检任务，避免传统管道机器人需要远程操控的弊端，能自主控制管道机器人的巡检过程，避免传统遇到金属管道无法进行遥控的问题，适用范围广，能应变于各个复杂环境的管道巡检和勘探。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种管道机器人，其特征在于，包括壳体、磁力行进装置和控制机构；

所述壳体用于在管道中滚动行进；该壳体为圆盘状结构，壳体正面中间设有内凹的圆形凹槽，壳体的环形侧面为第一侧面，圆形凹槽的环形内壁为第二侧面，第一侧面上设有相互对称的摄像间隙，每个摄像间隙内还安装有摄像头和LED灯；

所述磁力行进装置用于提供壳体滚动行进的动力，并通过改变磁力大小调节行进的方向和位置；该磁力行进装置由若干磁力驱动机构和若干磁铁组构成，所述磁力驱动机构等间距安装于第二侧面上，所述磁铁组等间距安装于第一侧面上，磁力驱动机构和磁铁组一一对应相连；

所述控制机构用于发送控制命令，并为磁力行进装置提供电能，所述控制机构包括控制电路板和蓄电池，该控制机构安装于圆形凹槽内，并通过线缆分别与每个磁力驱动机构相连，所述控制电路板还分别与摄像头和LED灯相连。

2.根据权利要求1所述一种管道机器人，其特征在于，所述磁铁组由一块永磁铁和一块电磁铁构成，所述永磁铁和所述电磁铁为圆形纽扣形状。

3.根据权利要求1所述一种管道机器人，其特征在于，所述摄像间隙上还设有用于遮蔽灰尘的透明罩。

4.根据权利要求1所述一种管道机器人，其特征在于，壳体背面设有USB接口和充电接口，USB接口和充电接口上分别设有用于遮蔽灰尘的盖体。

5.根据权利要求1所述一种管道机器人，其特征在于，壳体正面和壳体背面分别设有用于防止跌倒的锥形端子。

6.一种管道机器人的行进方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定每组磁铁组包括唯一的特征识别码，建立每个磁铁组的关系链接表，所述关系链接表包括该磁铁组的唯一特征识别码，该磁铁组相邻的两个磁铁组的唯一特征识别码，以及相邻两个磁铁组与该磁铁组的上下位置关系；

S2、建立驱动命令与行进方向之间的关系表，该关系表包括向前驱动时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化方向、向后驱动时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化方向、静止时所需磁铁组的磁力大小和磁力变化状态；

S3、在行进过程中，实时捕获磁铁组的状态，并实时刷新上一次的磁铁组状态信息。

7.根据权利要求6所述一种管道机器人的行进方法，其特征在于，设定在行进过程中，获取到当前磁铁组的状态信息与预设状态不同，则纠错并更新。

8.根据权利要求7所述一种管道机器人的行进方法，其特征在于，设定当前磁铁组的状态信息与预设状态不同包括：

磁铁组与管道内壁接触的反馈时间长短不同；

与管道内壁接触的磁铁组数量与预设数量不同；

与管道内壁接触的磁铁组的唯一特征识别码与预设特征码不同；

行进方向不同。

9.根据权利要求7所述一种管道机器人的行进方法，其特征在于，设定在行进方向发生错误时，则再次调换磁铁组的行进秩序再次行进，并检测行进方向是否再次发生改变，若行进方向被反复改变超过预设次数，则对该点进行标记，改变原有路径前进。