CN108662353A - 一种变径管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变径管道机器人，包括固定座、涨紧装置、至少两个行走机构；涨紧装置设于固定座，至少两个行走机构设于固定座，涨紧装置位于至少两个行走机构的中心处，行走机构的一端铰接于固定座，行走机构的另一端与涨紧装置连接；行走机构包括行走装置，行走装置与管道接触内壁并能够在管道上行走，涨紧装置控制行走装置远离或靠近管道内壁。本发明提供的一种变径管道机器人，能根据不同管道内径实现变径，能适应多种不同内径的管道检测，因此，在针对不同内径的管道进行爬行检测时，应用本发明提供的变径管道机器人便能够适应完成针对不同内径管道的爬行检测工作，从而降低了管道的检测成本。

Description

一种变径管道机器人

技术领域

本发明属于管道机器人技术领域，尤其涉及一种变径管道机器人。

背景技术

管道作为现代生活中必不可少的一部分，由于环境的原因，管道被长期腐蚀，经受外力的作用，导致管道难免会产生损伤。为了保证管道的使用安全，对管道定时检测和维修很重要。管道大多数埋于地下，难以人工检测，因此，刺激了管道机器人的研究并产生了管道机器人。

现有的管道机器人，只能在固定内径的管道中行走，无法适应多种不同内径的管道并行走，当需要检测大量不同内径的管道时，则需要配置大量的对应不同管道内径的管道机器人，这样增加了检测成本。

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机器人，旨在解决现有技术中管道机器人无法适应多种不同内径的管道并行走而导致增加检测成本的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种变径管道机器人，包括固定座、涨紧装置、至少两个行走机构；

涨紧装置设于固定座，至少两个行走机构设于固定座，涨紧装置位于至少两个行走机构的中心处，行走机构的一端铰接于固定座，行走机构的另一端与涨紧装置连接；

行走机构包括行走装置，行走装置与管道接触内壁并能够在管道上行走，涨紧装置控制行走装置远离或靠近管道内壁。

进一步地，机器人还包括气囊和气泵组件，气囊设于固定座的背离涨紧装置的一侧，气囊连接气泵组件，气囊充入气体时，气囊外部能与管道内壁相抵。

进一步地，机器人为两个，两个机器人的固定座相对设置，且两个机器人的涨紧装置与行走机构相对于任一固定座的朝向相互远离。

进一步地，涨紧装置包括动力装置、移动件、第一导向柱、连杆；

动力装置设于固定座，第一导向柱的一端设于固定座，移动件套设于第一导向柱，动力装置驱动移动件在第一导向柱上沿第一导向柱的轴线方向移动，连杆的一端铰接于移动件，连杆的另一端与行走机构铰接。

进一步地，动力装置为电机，第一导向柱和移动件分别为滚珠丝杆的螺杆和螺母，电机驱动螺杆运转。

进一步地，动力装置为螺旋弹簧，该螺旋弹簧套设于第一导向柱，螺旋弹簧的一端与固定座连接固定，另一端与移动件连接固定，当螺旋弹簧被移动件拉伸时，螺旋弹簧对移动件靠近固定座的拉力；或者，当螺旋弹簧被移动件压缩时，螺旋弹簧对移动件提供远离固定座的推力。

进一步地，涨紧装置还包括挡板和第二导向柱，第二导向柱一端设于固定座，另一端穿过移动件后连接于挡板，且第一导向柱的不与固定座连接的一端连接于挡板，移动件能在第二导向柱沿第二导向柱的轴线方向移动。

进一步地，行走机构还包括支架，支架一端铰接于固定座，另一端铰接于连杆，行走装置安装于支架；

行走装置包括行走电机和行走轮，行走电机设于支架，行走电机驱动行走轮转动。

进一步地，行走电机具有两个输出端，行走轮为两个，两个行走轮设于支架相对的两侧，两个行走轮分别连接于行走电机的两个输出端。

进一步地,变径管道机器人还包括销轴、锁紧件，固定座设有台座，台座的相对两侧设有第一通孔，支架的相对两侧设有第二通孔，销轴的一端设有限位部，销轴不设限位部的一端穿过第一通孔、第二通孔，限位部与支架或台座的一侧相抵，锁紧件与销轴不设限位部的一端配合固定，锁紧件与支架或台座的背离限位部的一侧相抵。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的一种变径管道机器人，在机器人上设置涨紧装置，并由涨紧装置控制行走机构，使得行走机构的行走装置根据管道的内径进行变径，实现行走装置能在不同内径的管道内壁上行走，本发明提供的一种变径管道机器人，能根据不同管道内径实现变径，能适应多种不同内径的管道检测，因此，在针对不同内径的管道进行爬行检测时，应用本发明提供的变径管道机器人便能够适应完成针对不同内径管道的爬行检测工作，从而降低了管道的检测成本。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的涨紧装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的涨紧装置的另一种实施方式的结构示意图；

图4是本发明实施例的行走机构的结构示意图；

图5是本发明实施例的固定座的结构示意图；

图6是本发明实施例的销轴和锁紧件的结构示意图；

图7是本发明实施例的机器人设置气囊的结构示意图；

图8是本发明实施例的两个机器人中心对称以及两个机器人之间设有气囊的结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

1、固定座；11、台座；111、第一通孔；2、涨紧装置；21、动力装置；22、移动件；23、第一导向柱；24、挡板；25、第二导向柱；3、行走机构；31、行走装置；311、行走电机；3111、输出端；312、行走轮；32、支架；321、第二通孔；4、连杆；5、销轴；51、限位部；6、锁紧件；7、气囊；8、安装架。

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。

参见图1，为本发明提供的一种变径管道机器人的较佳实施例，该变径管道机器人包括固定座1、涨紧装置2、至少两个行走机构3。其中，涨紧装置2设于固定座1，至少两个行走机构3设于固定座1，涨紧装置2位于至少两个行走机构3的中心处，行走机构3的一端铰接于固定座1，行走机构3的另一端与涨紧装置2连接，行走机构3包括行走装置31，行走装置31与管道接触内壁并能够在管道上行走，涨紧装置2控制行走装置31远离或靠近管道内壁。

本发明采用在机器人上设置行走机构3，使行走机构3上的行走装置31接触管道内壁并在管道内行走，至少两个行走机构3以涨紧装置2为中心均布使得行走装置31处于一个圆周上，通过涨紧装置2控制行走装置31的伸缩使行走装置31远离或靠近管道内壁，即调整行走装置31所在圆周的直径大小，进而实现机器人适应在不同内径的管道内行走，因此，在针对不同内径的管道进行爬行检测时，应用本发明提供的变径管道机器人便能够适应完成针对不同内径管道的爬行检测工作，从而降低了管道检测的成本。

在本发明中，至少两个的行走机构3可以使得机器人在管道内行走时抵住管道内壁，实现对机器人的平衡支撑，使得机器人不仅可以在水平管道内行走，还能在竖直管道内行走，行走机构3的数量还可以是2个、3个、4个……，多个行走机构3以涨紧装置2为中心圆周均布。

参见图7，进一步的，机器人还包括气囊7和气泵组件，气囊7设于固定座1的背离涨紧装置2的一侧，气囊7连接气泵组件，气囊7充入气体时，气囊7外部能与管道内壁相抵。当机器人在管道内行走时，气囊7不与管道内壁接触，当机器人停止行走时，气囊组件对气囊7充气，使气囊7与管道内壁相抵，气囊7在机器人作业时(到达检测点后停止行走进行检测)对机器人提供支撑力，可有效避免机器人作业过程中由于行走装置31和管道内壁接触面积小而出现打滑、定位不准的问题。

在本实施例中，可以先将气囊7固定在安装架8，再将安装架8固定于固定座1，这样便于气囊7的安装。需要说明的是，安装气囊7后机器人产生的平衡问题可以在固定座1背离气囊的一侧增加配重块解决，也可以通过在固定座1两侧的部件采用不同密度的材料实现平衡，对于平衡问题还有许多可解决的技术手段，在此不再一一列举。

参见图8，进一步的，机器人为两个，两个机器人的固定座1相对设置，且两个机器人的涨紧装置2与行走机构3相对于任一固定座1的朝向相互远离。对称设置两个机器人，使一个机器人中的行走装置31与内壁的点接触转变成线接触，增大机器人与管道内壁的接触面积，机器人在管道内壁行走更加平稳。两个机器人之间可以增加气囊7，也可以不增加气囊7，根据实际的使用进行选择方案。当两个机器人之间不设置气囊7时，两个机器人的固定座1可以直接连接，也可以两个机器人的涨紧装置2连接；当两个机器人之间设置气囊7时，气囊7设于两个机器人的固定座1或者涨紧装置2之间，即：气囊7位于两个机器人的中心对称轴位置处。

参加图2，具体的，涨紧装置2包括动力装置21、移动件22、第一导向柱23、连杆4，动力装置21设于固定座1，第一导向柱23的一端设于固定座1，移动件22套设于第一导向柱23，动力装置21驱动移动件22在第一导向柱23上沿第一导向柱23的轴线方向移动，连杆4的一端铰接于移动件22，连杆4的另一端与行走机构3铰接。

连杆4的两端分别与行走机构3和移动件22铰接，当移动件22在第一导向柱23上往固定座1方向移动时，行走机构3与连杆4铰接的一端以涨紧装置2为中心往远离涨紧装置2方向移动，即：行走机构3与连杆4铰接的一端往管道内壁靠近，进而，设于行走机构3上的行走装置31往管道内壁靠近；当移动件22在第一导向柱23往远离固定座1方向移动时，行走机构3与连杆4铰接的一端以涨紧装置2为中心往靠近涨紧装置2方向移动，即，行走机构3与连杆4铰接的一端远离管道内壁，进而，设于行走机构3的行走装置31远离管道内壁，以上，实现了至少两个行走机构3的行走装置31所在圆周的直径大小调节，进而实现了机器人根据不同内径的管道进行调整，以适应在不同内径的管道内行走。

其中，动力装置21可以为电机，当动力装置21为电机时，第一导向柱23和移动件22分别为滚珠丝杆的螺杆和螺母，电机驱动螺杆运转。采用此种技术方案，可以实现行走装置31所在圆周直径的大小的高精度无级调节，并且有自锁功能，结构稳定性好。

参见图3，除了上述实施例，动力装置21还可以为螺旋弹簧，该螺旋弹簧套设于第一导向柱23，螺旋弹簧的一端与固定座1连接固定，另一端与移动件22连接固定，当螺旋弹簧被移动件22拉伸时，螺旋弹簧对移动件22提供靠近固定座1的拉力(即：螺旋弹簧为拉簧，拉簧的两端分别固定于固定座1和移动件22，此时，连杆4和行走机构3之间形成的夹角为钝角)；或者，当螺旋弹簧被移动件22压缩时，螺旋弹簧对移动件22提供远离固定座1的推力(即：螺旋弹簧为压簧，拉簧的两端分别固定于固定座1和移动件22，此时，连杆4和行走机构3之间形成的夹角为锐角)。此时行走装置31所在的圆周直径为最大，该机器人适应最大内径的管道行走，当机器人在较小内径的管道内行走时，行走装置31被管道内壁挤压收缩，移动件22往远离固定座1方向移动，螺旋弹簧被拉开或压缩，螺旋弹簧的回复力促使行走机构3带动行走装置31挤压管道内壁，使得机器人能在管道内壁上行走。采用此中技术方案，结构简单，成本低廉。

参见图2、3，进一步的，涨紧装置2还包括挡板24和第二导向柱25，第二导向柱25一端设于固定座1，另一端穿过移动件22后连接于挡板24，且第一导向柱23的不与固定座1连接的一端连接于挡板24，移动件22能在第二导向柱25沿第二导向柱25的轴线方向移动。如此，第二导向柱25可以对移动件22的移动进行导向，同时使移动件22在移动过程中能够平稳移动，挡板24可以避免第二导向柱25因只一端固定于固定座1而产生晃动。

需要说明的是：当第一导向柱23为螺杆时，第一导向柱23与挡板24之间可以通过轴承进行连接，这样能够保证电机驱动螺杆时螺杆能够正常旋转。

参见图4，具体的，行走机构3还包括支架32，支架32一端铰接于固定座1，另一端铰接于连杆4，行走装置31安装于支架32，行走装置31包括行走电机311和行走轮312，行走电机311设于支架32，行走电机311驱动行走轮312转动。其中，行走电机311具有两个输出端3111，行走轮312为两个，两个行走轮312设于支架32相对的两侧，两个行走轮312分别连接于行走电机311的两个输出端3111。一个行走装置31设置2个行走轮312，可以增大一个行走机构3中的行走装置31和管道内壁的接触面积，使得机器人在管道内行走时更加稳固，同时，当机器人到达检测位置停止下来时，机器人能够更加稳固的站定在管道内。

参见图5、6，具体的，变径管道机器人还包括销轴5、锁紧件6，固定座1设有台座11，台座11的相对两侧设有第一通孔111，支架32的相对两侧设有第二通孔321，销轴5的一端设有限位部51，销轴5不设限位部51的一端穿过第一通孔111、第二通孔321，限位部51与支架32或台座11的一侧相抵，锁紧件6与销轴5不设限位部51的一端配合固定，锁紧件6与支架32或台座11的背离限位部51的一侧相抵。采用销轴5和锁紧件6实现固定座1和支架32的铰接，拆装简便，提高安装效率。

在本发明的实施例中，锁紧件6可以是卡簧或者螺帽。当锁紧件6为卡簧时，在销轴5上对应设置供卡簧卡入的卡槽；当锁紧件6为螺母时，在销轴5上设置与螺帽匹配的螺纹。

需要说明的是，在本实施例中，支架32和连杆4的铰接、连杆4和移动件22的铰接的结构均与支架32和固定座1的铰接结构一致，均采用销轴5和锁紧件6实现铰接。在此，不再重复对支架32和连杆4的铰接、连杆4和移动件22的铰接的结构说明。

在本实施例中，采用控制器实现对行走电机311、连接气囊7的气泵组件以及当涨紧装置2中的动力装置21为电机时的统一控制。当机器人在管道内行走过程中，而涨紧装置2的动力装置21为电机时，控制器控制动力装置21实现行走机构3的行走轮312远离或靠近管道内壁，使行走轮312与管道内壁相抵并在管道内行走，同时，控制器还控制行走电机311的行走速度以及启停；当机器人到达作业位置需要停止时，控制器控制气泵组件对气囊7充气，使气囊7与管道内壁相抵，实现对机器人的支撑，当机器人重新启动行走时，控制器控制气泵组件对气囊7抽气，使气囊7放气，避免气囊7一直与管道内壁接触，增加机器人在管道内行走的阻力。

需要说明的是，本发明提供的机器人，采用拖缆供电，如此能够保证机器人作业中电量充足的同时，还能在机器人发出故障时拖出管道。此时，气泵组件可以完全装配在固定座1上；或者，气泵组件的泵机单独放置于地面上，通过泵气管路将泵机与气囊7相连通，并且泵气管路沿着拖缆延伸并绑挂在拖缆上。

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 (10)

1.一种变径管道机器人，其特征在于，包括固定座(1)、涨紧装置(2)、至少两个行走机构(3)；

所述涨紧装置(2)设于所述固定座(1)，至少两个所述行走机构(3)设于所述固定座(1)，所述涨紧装置(2)位于至少两个所述行走机构(3)的中心处，所述行走机构(3)的一端铰接于所述固定座(1)，所述行走机构(3)的另一端与所述涨紧装置(2)连接；

所述行走机构(3)包括行走装置(31)，所述行走装置(31)与管道接触内壁并能够在管道上行走，所述涨紧装置(2)控制所述行走装置(31)远离或靠近管道内壁。

2.如权利要求1所述的变径管道机器人，其特征在于，所述机器人还包括气囊(7)和气泵组件，所述气囊(7)设于所述固定座(1)的背离所述涨紧装置(2)的一侧，所述气囊(7)连接气泵组件，所述气囊(7)充入气体时，所述气囊(7)外部能与管道内壁相抵。

3.如权利要求1或2所述的变径管道机器人，其特征在于，所述机器人为两个，两个所述机器人的所述固定座(1)相对设置，且两个所述机器人的所述涨紧装置(2)与所述行走机构(3)相对于任一所述固定座(1)的朝向相互远离。

4.如权利要求3所述的变径管道机器人，其特征在于，所述涨紧装置(2)包括动力装置(21)、移动件(22)、第一导向柱(23)、连杆(4)；

所述动力装置(21)设于所述固定座(1)，所述第一导向柱(23)的一端设于所述固定座(1)，所述移动件(22)套设于所述第一导向柱(23)，所述动力装置(21)驱动所述移动件(22)在所述第一导向柱(23)上沿所述第一导向柱(23)的轴线方向移动，所述连杆(4)的一端铰接于所述移动件(22)，所述连杆(4)的另一端与所述行走机构(3)铰接。

5.如权利要求4所述的变径管道机器人，其特征在于，所述动力装置(21)为电机，所述第一导向柱(23)和移动件(22)分别为滚珠丝杆的螺杆和螺母，所述电机驱动所述螺杆运转。

6.如权利要求4所述的变径管道机器人，其特征在于，所述动力装置(21)为螺旋弹簧，该螺旋弹簧套设于所述第一导向柱(23)，所述螺旋弹簧的一端与所述固定座(1)连接固定，另一端与移动件(22)连接固定，当所述螺旋弹簧被所述移动件(22)拉伸时，所述螺旋弹簧对所述移动件(22)提供靠近所述固定座(1)的拉力；或者，当所述螺旋弹簧被所述移动件(22)压缩时，所述螺旋弹簧对所述移动件(22)提供远离所述固定座(1)的推力。

7.如权利要求4所述的变径管道机器人，其特征在于，所述涨紧装置(2)还包括挡板(24)和第二导向柱(25)，所述第二导向柱(25)一端设于所述固定座(1)，另一端穿过所述移动件(22)后连接于所述挡板(24)，且所述第一导向柱(23)的不与所述固定座(1)连接的一端连接于所述挡板(24)，所述移动件(22)能在所述第二导向柱(25)沿所述第二导向柱(25)的轴线方向移动。

8.如权利要求4所述的变径管道机器人，其特征在于，所述行走机构(3)还包括支架(32)，所述支架(32)一端铰接于所述固定座(1)，另一端铰接于所述连杆(4)，所述行走装置(31)安装于所述支架(32)；

所述行走装置(31)包括行走电机(311)和行走轮(312)，所述行走电机(311)设于所述支架(32)，所述行走电机(311)驱动所述行走轮(312)转动。

9.如权利要求8所述的变径管道机器人，其特征在于，所述行走电机(311)具有两个输出端(3111)，所述行走轮(312)为两个，两个所述行走轮(312)设于所述支架(32)相对的两侧，两个所述行走轮(312)分别连接于所述行走电机(311)的两个所述输出端(3111)。

10.如权利要求8所述的变径管道机器人，其特征在于,所述变径管道机器人还包括销轴(5)、锁紧件(6)，所述固定座(1)设有台座(11)，所述台座(11)的相对两侧设有第一通孔(111)，所述支架(32)的相对两侧设有第二通孔(321)，所述销轴(5)的一端设有限位部(51)，所述销轴(5)不设所述限位部(51)的一端穿过第一通孔(111)、第二通孔(321)，所述限位部(51)与所述支架(32)或所述台座(11)的一侧相抵，所述锁紧件(6)与所述销轴(5)不设所述限位部(51)的一端配合固定，所述锁紧件(6)与所述支架(32)或所述台座(11)的背离所述限位部(51)的一侧相抵。