CN108662352A - 一种变径管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变径管道检测机器人，包括：固定座、第一变径驱动组件、第二变径驱动组件、控制器和检测装置，第一变径驱动组件、第二变径驱动组件分别设置于固定座的相对的第一侧、第二侧，第一变径驱动组件和第二变径驱动组件均包括涨紧驱动机构、连杆和多个行走机构，涨紧驱动机构包括涨紧驱动部、第一涨紧导杆和涨紧移动部，各行走机构包括行走驱动器、安装架和行走轮，涨紧驱动部驱动涨紧移动部在第一涨紧导杆上往复移动，行走驱动器驱动行走轮转动，控制器与行走驱动器电连接，检测装置用于对管道进行检测。应用本技术方案可解决传统的人工检测、随机抽样和定期更换等应对方法则存在工程量大、成本高、危险系数高等缺点的问题。

Description

一种变径管道检测机器人

技术领域

本发明属于机器人设备领域，尤其涉及一种变径管道检测机器人。

背景技术

管道作为现代生活中必不可少的一部分，由于管道使用过程中长期处于环境腐蚀、外力作用等使用场景中，难免管道会存在损伤情形。管道在使用过程中，会产生各种各样的管道故障，例如堵塞和损伤等问题，如果不及时对管道进行检测、维修就会产生严重事故。因此，为了保证管道的使用安全，定时检测与维修管道显得十分重要。但是管道大多被埋于地下，难以进行人工检测。传统的人工检测、随机抽样和定期更换等应对方法则存在工程量大、成本高、危险系数高等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种变径管道检测机器人，旨在解决传统的人工检测、随机抽样和定期更换等应对方法则存在工程量大、成本高、危险系数高等缺点的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种变径管道检测机器人，包括：固定座、第一变径驱动组件和第二变径驱动组件，第一变径驱动组件设置于固定座的第一侧，第二变径驱动组件设置于固定座的第二侧，第一变径驱动组件和第二变径驱动组件均包括涨紧驱动机构、连杆和多个行走机构，其中，涨紧驱动机构包括涨紧驱动部、第一涨紧导杆和涨紧移动部，各行走机构包括行走驱动器、安装架和行走轮，第一涨紧导杆连接于固定座，涨紧移动部套设于第一涨紧导杆上，涨紧驱动部驱动涨紧移动部在第一涨紧导杆上往复移动，多个行走机构周向分布并围绕涨紧驱动机构，安装架活动连接于固定座，行走轮安装在安装架上，行走驱动器安装在安装架上，行走驱动器驱动行走轮转动，连杆的第一端活动连接于涨紧移动部，连杆的第二端活动连接于安装架；变径管道检测机器人还包括控制器和检测装置，控制器安装在固定座上，控制器与检测装置电连接，控制器与行走驱动器电连接，其中，检测装置用于在行走过程中对管道进行检测。

进一步地，涨紧驱动部为电机，电机安装在固定座上，电机与控制器电连接，第一涨紧导杆和涨紧移动部分别为丝杠螺杆和丝杠螺母，丝杠螺杆与电机的输出端连接。

进一步地，涨紧驱动部为螺旋弹簧，螺旋弹簧套设于第一涨紧导杆上，螺旋弹簧的第一端与固定座抵接，螺旋弹簧的第二端与涨紧移动部抵接。

进一步地，涨紧驱动机构还包括挡板和第二涨紧导杆，第二涨紧导杆的第一端设置于固定座，第二涨紧导杆的第二端穿过涨紧移动部后与挡板连接，涨紧移动部能在第二涨紧导杆上沿其轴线方向移动，检测装置设置于第一变径驱动组件和/或第二变径驱动组件的挡板上。

进一步地，第二涨紧导杆为多个，多个第二涨紧导杆呈圆周均布在第一涨紧导杆的周围。

进一步地，行走驱动器具有两个输出端，行走轮为两个，两个行走轮设于安装架的两侧，且两个行走轮分别连接于两个输出端。

进一步地，变径管道检测机器人还包括销轴和锁紧件，固定座设有台座，台座上设有第一通孔，安装架的端部上设有第二通孔，销轴的第一端设有限位部，销轴的第二端穿过第一通孔和第二通孔，锁紧件锁紧在销轴的第二端上。

进一步地，固定座包括第一固定座和第二固定座，第一变径驱动组件安装在第一固定座上，第二变径驱动组件安装在第二固定座上，第一固定座与第二固定座通过螺栓连接组件固定连接。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：针对现有技术中为了避免管道发生故障事故而只能采用人工检测、随机抽样和定期更换等应对方法进行解决，能够针对不同的管道，只需利用该变径管道检测机器人来自适应相应的管道即可进行相应的行走与检测工作，大大提升了管道检测维护工作的便利性，并且相对于现有技术所应用的应对管道使用过程中所存在的潜在威胁的方法而言，大大降低了工程量，并且降低了应用成本。

附图说明

图1是本发明的变径管道检测机器人的第一实施例的总装结构示意图；

图2是本发明的变径管道检测机器人的第一实施例中第一变径驱动组件与固定座之间的装配结构示意图；

图3是本发明的变径管道检测机器人的第一实施例中涨紧驱动机构的装配结构示意图；

图4是本发明的变径管道检测机器人的第一实施例中行走机构的分解结构示意图；

图5是本发明的变径管道检测机器人的第一实施例中第二固定座的结构示意图；

图6是本发明的变径管道检测机器人的第一实施例中销轴与锁紧件之间的分解结构示意图；

图7是本发明的变径管道检测机器人的第二实施例中涨紧驱动机构的装配结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

10、固定座；101、第一固定座；102、第二固定座；11、台座；111、第一通孔；20、第一变径驱动组件；21、涨紧驱动机构；22、连杆；23、行走机构；211、涨紧驱动部；212、第一涨紧导杆；213、涨紧移动部；214、挡板；215、第二涨紧导杆；216、安装基座；231、行走驱动器；232、安装架；233、行走轮；2311、输出端；2312、行走轮装配毂；2313、行走轮安装螺栓组；2321、第二通孔；30、第二变径驱动组件；40、销轴；41、限位部；50、锁紧件；60、螺栓连接组件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1至图6所示，本发明的第一实施例的变径管道检测机器人包括：固定座10、第一变径驱动组件20和第二变径驱动组件30，第一变径驱动组件20设置于固定座10的第一侧，第二变径驱动组件30设置于固定座10的第二侧，第一变径驱动组件20和第二变径驱动组件30均包括涨紧驱动机构21、连杆22和多个行走机构23，其中，涨紧驱动机构21包括涨紧驱动部211、第一涨紧导杆212和涨紧移动部213，各行走机构23包括行走驱动器231、安装架232和行走轮233，第一涨紧导杆212连接于固定座10，涨紧移动部213套设于第一涨紧导杆212上，涨紧驱动部211驱动涨紧移动部213在第一涨紧导杆212上往复移动，多个行走机构23周向分布并围绕涨紧驱动机构21，安装架232活动连接于固定座10，行走轮233安装在安装架232上，行走驱动器231安装在安装架232上，行走驱动器231驱动行走轮233转动，连杆22的第一端活动连接于涨紧移动部213，连杆22的第二端活动连接于安装架232；变径管道检测机器人还包括控制器(未图示)和检测装置(未图示)，控制器安装在固定座10上，控制器与检测装置电连接，控制器与行走驱动器231电连接，其中，检测装置用于在行走过程中对管道进行检测，检测装置包括检测摄像头、激光检测仪器、磁共振检测仪器等等。

在第一实施例中，控制器可以采用现有技术中普遍应用的工业控制器PLC或者控制MCU等，在此不赘述。

应用该变径管道检测机器人进入待检测管道中行走，从而进行检测工作的过程中，同时调节第一变径驱动组件20和第二变径驱动组件30中的涨紧驱动机构21通过连杆22带动行走机构23进行半径缩小操作，使得机器人的半径缩至最小，然后将机器人放进管道中，接着控制涨紧驱动机构21通过连杆22带动行走机构23进行扩大半径，从而使得行走轮233抵接在管道内壁上，然后控制行走驱动器231启动，从而带动行走轮233转动，以实现机器人沿管道内壁进行行走，机器人行走过程中，便同时控制检测装置对所经过的管道进行检测，从而获取管道的各项检测参数(各项检测参数例如：管道内壁被腐蚀程度、管道中裂纹应力参数、管道被堵塞程度等)，然后在对管道进行具有针对性的维护保养操作。由于不同的管道型号具有不同的内径尺寸，该变径管道检测机器人通过涨紧驱动机构21、连杆22和行走机构23之间的配合，使得机器人的行走轮233能够适应不同的管道内径尺寸进行调节，使得机器人能够适应不同内径的管道实现在管道内行走并进行检测操作。这样，针对现有技术中为了避免管道发生故障事故而只能采用人工检测、随机抽样和定期更换等应对方法进行解决，能够针对不同的管道，只需利用该变径管道检测机器人来自适应相应的管道即可进行相应的行走与检测工作，大大提升了管道检测维护工作的便利性，并且相对于现有技术所应用的应对管道使用过程中所存在的潜在威胁的方法而言，大大降低了工程量，并且降低了应用成本。

在第一实施例中，如图1至图3所示，涨紧驱动部211为电机，电机安装在固定座10上，电机与控制器电连接，第一涨紧导杆212和涨紧移动部213分别为丝杠螺杆和丝杠螺母，丝杠螺母通过螺纹连接在丝杠螺杆上(进一步地，丝杠螺杆与丝杠螺母之间也可以设置滚珠，从而使得丝杠螺杆、丝杠螺母及滚珠之间组成滚珠丝杠结构)，丝杠螺杆与电机的输出端连接。在涨紧驱动机构21通过连杆22对行走机构23进行涨紧时，控制器控制电机输出动力，电机的输出端带动丝杠螺杆转动，此时，丝杠螺母在丝杠螺杆上将丝杠螺杆的旋转运动转变为直线运动使得丝杠螺母沿丝杠螺杆的轴线移动。

在装配该电机的过程中，通过安装基座216将电机罩住，以更加稳固地装配在固定座10上。

为了使丝杠螺母在丝杠螺杆上往复移动时更加平稳顺畅，因此，如图3所示，第一实施例的涨紧驱动机构21还包括挡板214和第二涨紧导杆215，第二涨紧导杆215的第一端设置于固定座10，在第一实施例中，第二涨紧导杆215的第一端穿过安装基座216后固定连接在固定座10上，第二涨紧导杆215的第二端穿过涨紧移动部213后与挡板214连接，第二涨紧导杆215为光滑导杆，涨紧移动部213能在第二涨紧导杆215上沿其轴线方向移动。在第一实施例中，检测装置设置于第一变径驱动组件20和/或第二变径驱动组件30的挡板214上。当第一变径驱动组件20的挡板214和第二变径驱动组件30的挡板214上同时携带检测装置对管道进行相应检测时，能够更加全面、快速地完成管道各项参数的检测；当第一变径驱动组件20的挡板214上携带检测装置而第二变径驱动组件30的挡板214上携带维护维修装置时，则可以实现检测完毕之后，如果发现管道缺陷则立即通过维护维修装置进行维护维修(例如进行清理堵塞、焊接裂缝等)，实现同步作业。

具体地，第二涨紧导杆215为多个，多个第二涨紧导杆215呈圆周均布在第一涨紧导杆212的周围。通过对涨紧移动部213在多个角度方向上的导向作用，使得涨紧移动部213能够平稳移动。

如图4所示，第一实施例中的行走驱动器231具有两个输出端2311，两个输出端2311均采用六角转轴结构设计。行走轮233为两个，两个行走轮233设于安装架232的两侧，且两个行走轮233分别连接于两个输出端2311，在本实施例中，六角转轴上连接有行走轮装配毂2312，然后将行走轮233通过行走轮安装螺栓组2313固定连接在行走轮装配毂2312上。

如图5和图6所示，在第一实施例中，变径管道检测机器人还包括销轴40和锁紧件50，固定座10设有台座11，台座11上设有第一通孔111，安装架232的端部上设有第二通孔2321，销轴40的第一端设有限位部41，销轴40的第二端穿过第一通孔111和第二通孔2321，锁紧件50锁紧在销轴40的第二端上。

为了方便装配该变径管道检测机器人，使其能够以模块化的形式进行装配，因此，在第一实施例中，固定座10包括第一固定座101和第二固定座102，第一变径驱动组件20安装在第一固定座101上，第二变径驱动组件30安装在第二固定座102上，第一固定座101与第二固定座102通过螺栓连接组件60固定连接。在装配过程中，将第一变径驱动组件20装配在第一固定座101上形成第一装配模块，将第二变径驱动组件30装配在第二固定座102上形成第二装配模块，第一装配模块的组装工作与第二装配模块的装配工作同步进行，然后将第一装配模块与第二装配模块进行连接(也就是通过螺栓连接组件60将第一固定座101与第二固定座102连接固定)，即可完成变径管道检测机器人的装配工作。

在第一实施例中，第一变径驱动组件20与第二变径驱动组件30的结构完全相同，即第一实施例的变径管道检测机器人中，第一变径驱动组件20与第二变径驱动组件30相对于固定座10而对称设置。

如图7所示，其示出了本发明的变径管道检测机器人的第二实施例中涨紧驱动机构21的装配结构示意图。在第二实施例中，其与第一实施例相比具有以下不同之处。第二实施例的变径管道检测机器人中的涨紧驱动机构21的涨紧驱动部211为螺旋弹簧，螺旋弹簧套设于第一涨紧导杆212上，螺旋弹簧的第一端与固定座10抵接，螺旋弹簧的第二端与涨紧移动部213抵接。

其中，螺旋弹簧可以采用压簧(压簧在自身被压缩时产生回复弹力，且压簧不能被拉伸)或拉簧(拉簧在自身被拉伸时产生回复弹力，且拉簧不能被压缩)，当然，螺旋弹簧也可以采用既能够被压缩产生回复弹力也可以被拉伸产生回复弹力的普通螺旋弹簧。以下以压簧及拉簧分别进行叙述说明。

当螺旋弹簧采用压簧时，如图7所示，在装配过程中，压簧套在第一涨紧导杆212上，压簧的第一端与固定座10固定连接，此时第一涨紧导杆212为光滑导杆，然后将涨紧移动部213套穿过各个第二涨紧导杆215并套在第一涨紧导杆212上，并且使得涨紧移动部213抵接住压簧的第二端，再将各个连杆22与涨紧移动部213、各个行走机构23连接。当行各个行走机构23的各个行走轮233的与管壁接触的点形成的圆圈为最大直径时，此时压簧处于自然状态，并且此时连杆22的长度轴线延伸方向与第一涨紧导杆212的中心轴线方向之间所形成的夹角90°＜β＜180°。当所要进行检测管道的内径小于各个行走轮233所形成的圆圈的最大直径时，则需对各个行走轮233进行挤压，从而对压簧进行压缩而产生回复弹力，当圆圈直径挤压至最小时，此时β角度最大。当该变径管道检测机器人离开该小管径的管道之后，各个行走轮233会在压簧的回复弹力的作用下回复至圆圈直径最大的初始状态。

当螺旋弹簧采用拉簧时，采用拉簧的装配过程与采用压簧的装配过程相同，所不同的是，如图7所示，当行各个行走机构23的各个行走轮233的与管壁接触的点形成的圆圈为最大直径时，此时拉簧处于自然状态，并且此时连杆22的长度轴线延伸方向与第一涨紧导杆212的中心轴线方向之间所形成的夹角0°＜β＜90°。当所要进行检测管道的内径小于各个行走轮233所形成的圆圈的最大直径时，则需对各个行走轮233进行挤压，从而对拉簧进行拉伸而产生回复弹力，当圆圈直径挤压至最小时，此时β角度最小。当该变径管道检测机器人离开该小管径管道之后，各个行走轮233会在拉簧的回复弹力的作用下回复至圆圈直径最大的初始状态。

第二实施例的变径管道检测机器人与第一实施例的变径管道机器人相比较而言，除以上结构不同之外，其余结构均相同，因而在此不再进行赘述。

另外，在本发明的第三实施例(未图示)中，第三实施例的变径管道检测机器人中的第一变径驱动组件20采用第一实施例中的第一变径驱动组件20的结构设计，而第三实施例的变径管道检测机器人中的第二变径驱动组件30则采用第二实施例中的第二变径驱动组件30的结构设计。第三实施例与第一实施例、第二实施例分别比较，除以上结构不同之外，其余结构均相同，在此不再进行赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变径管道检测机器人，其特征在于，包括：固定座(10)、第一变径驱动组件(20)和第二变径驱动组件(30)，所述第一变径驱动组件(20)设置于所述固定座(10)的第一侧，所述第二变径驱动组件(30)设置于所述固定座(10)的第二侧，所述第一变径驱动组件(20)和所述第二变径驱动组件(30)均包括涨紧驱动机构(21)、连杆(22)和多个行走机构(23)，其中，涨紧驱动机构(21)包括涨紧驱动部(211)、第一涨紧导杆(212)和涨紧移动部(213)，各所述行走机构(23)包括行走驱动器(231)、安装架(232)和行走轮(233)，所述第一涨紧导杆(212)连接于所述固定座(10)，所述涨紧移动部(213)套设于所述第一涨紧导杆(212)上，所述涨紧驱动部(211)驱动所述涨紧移动部(213)在所述第一涨紧导杆(212)上往复移动，多个所述行走机构(23)周向分布并围绕所述涨紧驱动机构(21)，所述安装架(232)活动连接于所述固定座(10)，所述行走轮(233)安装在所述安装架(232)上，所述行走驱动器(231)安装在所述安装架(232)上，所述行走驱动器(231)驱动所述行走轮(233)转动，所述连杆(22)的第一端活动连接于所述涨紧移动部(213)，所述连杆(22)的第二端活动连接于所述安装架(232)；

所述变径管道检测机器人还包括控制器和检测装置，所述控制器安装在所述固定座(10)上，所述控制器与所述检测装置电连接，所述控制器与所述行走驱动器(231)电连接，其中，所述检测装置用于在行走过程中对管道进行检测。

2.如权利要求1所述的变径管道检测机器人，其特征在于，所述涨紧驱动部(211)为电机，所述电机安装在所述固定座(10)上，所述电机与所述控制器电连接，所述第一涨紧导杆(212)和所述涨紧移动部(213)分别为丝杠螺杆和丝杠螺母，所述丝杠螺杆与所述电机的输出端连接。

3.如权利要求1所述的变径管道检测机器人，其特征在于，所述涨紧驱动部(211)为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧套设于所述第一涨紧导杆(212)上，所述螺旋弹簧的第一端与所述固定座(10)抵接，所述螺旋弹簧的第二端与所述涨紧移动部(213)抵接。

4.如权利要求2或3所述的变径管道检测机器人，其特征在于，所述涨紧驱动机构(21)还包括挡板(214)和第二涨紧导杆(215)，所述第二涨紧导杆(215)的第一端设置于所述固定座(10)，所述第二涨紧导杆(215)的第二端穿过所述涨紧移动部(213)后与所述挡板(214)连接，所述涨紧移动部(213)能在所述第二涨紧导杆(215)上沿其轴线方向移动，所述检测装置设置于所述第一变径驱动组件(20)和/或所述第二变径驱动组件(30)的所述挡板(214)上。

5.如权利要求4所述的变径管道检测机器人，其特征在于，所述第二涨紧导杆(215)为多个，多个所述第二涨紧导杆(215)呈圆周均布在所述第一涨紧导杆(212)的周围。

6.如权利要求4所述的变径管道检测机器人，其特征在于，所述行走驱动器(231)具有两个输出端(2311)，所述行走轮(233)为两个，两个所述行走轮(233)设于所述安装架(232)的两侧，且两个所述行走轮(233)分别连接于两个所述输出端(2311)。

7.如权利要求6所述的变径管道检测机器人，其特征在于，所述变径管道检测机器人还包括销轴(40)和锁紧件(50)，所述固定座(10)设有台座(11)，所述台座(11)上设有第一通孔(111)，所述安装架(232)的端部上设有第二通孔(2321)，所述销轴(40)的第一端设有限位部(41)，所述销轴(40)的第二端穿过所述第一通孔(111)和所述第二通孔(2321)，所述锁紧件(50)锁紧在所述销轴(40)的第二端上。

8.如权利要求1所述的变径管道检测机器人，其特征在于，所述固定座(10)包括第一固定座(101)和第二固定座(102)，所述第一变径驱动组件(20)安装在所述第一固定座(101)上，所述第二变径驱动组件(30)安装在所述第二固定座(102)上，所述第一固定座(101)与所述第二固定座(102)通过螺栓连接组件(60)固定连接。