CN109404660B - 具有单向轮结构的蠕动式管道机器人 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种具有单向轮结构的蠕动式管道机器人，包括：前本体，配置在机器人的前端；后本体，配置在机器人的后端；轮系，包括行走轮，行走轮为单向转动轮，数量为多个，均匀配置在前本体上，以及均匀配置在后本体上，行走轮与管道内壁接触；驱动部，连接前本体与后本体，驱动前本体与后本体运动；以及摄像头，配置在前本体上，拍摄管道内部环境；其中，驱动部驱动前本体运动时，后本体静止不动，驱动部驱动后本体运动时，前本体静止不动。

Description

具有单向轮结构的蠕动式管道机器人

技术领域

本公开涉及机器人领域，尤其涉及一种具有单向轮结构的蠕动式管道机器人。

背景技术

排水管道网络是城市排污系统的主要组成部分，也是城市的重要基础设施之一，城市中的各个道路下均分布有不同规格的排水管道。近年来，伴随着我国城市化进程的加快，许多城市不断加大基础设施投入，市政管网建设得到了前所未有的重视和发展，城市排水管网也得到了很大改善。但由于受城市建设、经济条件和管理方式的制约，往往忽视了对已建成排水管网的维护管理，或者维护管理力度不够，没有采用必要的检测手段，没有形成科学、系统的管理机制，使得出现问题的排水管网得不到及时修复，危及到城市公共服务的质量和城市安全。因此为了环境保护以及城市道路的安全，排水管道需要作定期的维护检修。另一方面，新建成的排污管道，为了保证工程质量，也必须在投入使用前进行内部检测，以保证使用安全。

但是管道一般深埋在地下、空中或者建筑物中，内部结构错综复杂、环境恶劣，内径较小，人工难以在这样的环境下工作，管道机器人由此应运而生。这种检测技术提高了管道检侧的准确性，便于管道工程管理维护人员分析了解管道缺陷产生的原因，开展对缺陷的评估，制订管道维护方案，消除管道安全隐患，在事故发生前就有计划地维修或更换管段，从而节约大量的维修费用，降低管道维护成本，保障人民生活及财产安全。

发明内容

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供一种具有单向轮结构的蠕动式管道机器人。

根据本公开的一个方面，具有单向轮结构的蠕动式管道机器人包括：

前本体，配置在机器人的前端；

后本体，配置在机器人的后端；

轮系，包括行走轮，行走轮为单向转动轮，数量为多个，均匀配置在前本体上，以及均匀配置在后本体上，行走轮与管道内壁接触；

驱动部，连接前本体与后本体，驱动前本体与后本体运动；以及

摄像头，配置在前本体上，拍摄管道内部环境；

其中，驱动部驱动前本体运动时，后本体静止不动，驱动部驱动后本体运动时，前本体静止不动。

根据本公开的至少一个实施方式，驱动部包括：

丝杠，连接前本体与后本体，丝杠的一端与前本体的后端盖连接，丝杠的另一端穿过后本体的前端盖；以及

电机，配置在后本体内部；

电机的转子通过连接螺母与丝杠形成螺旋传动副，驱动丝杠移动；

丝杠带动前本体或后本体运动。

根据本公开的至少一个实施方式，驱动部还包括：

电机支架，与后本体的前端盖连接，将电机固定在后本体内部，电机的定子固定在电机支架上；以及

轴承，数量为2个，分别配置在螺母与后本体前端盖之间，以及配置在螺母与电机支架之间。

根据本公开的至少一个实施方式，

电机为力矩电机；

电机的转子为中空轴，丝杠及螺母穿过中空轴；

丝杠的一端穿过电机支架；

丝杠、螺母、电机转子、电机定子、电机支架和后本体的轴线重合。

根据本公开的至少一个实施方式，

丝杠采用圆筒式橡胶丝杠；

丝杠外部材料采用尼龙革，内部采用PVC板材和钢丝圈作为支撑骨架。

根据本公开的至少一个实施方式，轮系还包括：

轮筒，配置在前本体的前端盖和/或后端盖上，以及配置在后本体的前端盖和/或后端盖上；

导轨，固定在轮筒上；

滑块，配置在导轨上，滑块在导轨上滑动；以及

轮杆，配置在滑块上，随着滑块沿着前本体和后本体的径向方向移动。

根据本公开的至少一个实施方式，行走轮配置在轮杆的一端，行走轮通过弹簧与管道内壁保持紧密接触。

根据本公开的至少一个实施方式，

弹簧配置在轮杆的另一端；

弹簧为压缩弹簧或气动弹簧。

根据本公开的至少一个实施方式，轮系还包括：

挡片，配置在轮筒上，挡片限制轮杆的移动行程，挡片防止滑块与导轨脱离；

轮轴，穿过行走轮，行走轮通过轮轴与轮杆连接；以及

单向轴承，配置在轮轴与行走轮之间，单向轴承的内圈与轮轴固定连接，外圈与行走轮固定连接。

根据本公开的至少一个实施方式，

滑块的内部具有滚珠，滑块与导轨之间为滚动接触；

行走轮的圆周面上具有凸起的橡胶块。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开的至少一个实施方式的具有单向轮结构的蠕动式管道机器人总体结构示意图。

图2是根据本公开的至少一个实施方式的轮系分布示意图。

图3是根据本公开的至少一个实施方式的轮系结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

本公开提供一种对管道内部进行检测和维护的管道机器人，该机器人是一种具有单向轮结构的蠕动式移动的管道机器人，可以适应不同直径的管道，结构简单紧凑，牵引力大，可靠性高，运行平稳。

在本公开的一个可选实施方式中，蠕动式管道机器人包括前本体、后本体、轮系和驱动部，安装在前本体和后本体上的轮系，可以沿着前本体和后本体的径向方向移动，从而适应不同直径的管道和管道内的障碍物，驱动部则用于驱动前本体和后本体运动。

具体的，如图1所示，蠕动式管道机器人包括配置在机器人后端的后本体1，配置在机器人前端的前本体2，均匀配置在前本体2和后本体1上的轮系3，连接前本体2与后本体1且可以驱动前本体2与后本体1运动的驱动部，以及配置在前本体2的前端，用于拍摄、检测管道内部环境的摄像头4。前本体2和后本体1均具备前端盖和后端盖。

在本公开的一个可选实施方式中，如图1所示，驱动部包括丝杠5、电机支架6、电机7、轴承8和螺母9。其中，电机支架6、电机7、轴承8、螺母9，以及部分丝杠5均配置在后本体1内部，优选的，均配置在后本体1内部的前端。

丝杠5连接前本体2与后本体1，具体的，丝杠5的一端与前本体2的后端盖固定连接，另一端穿过后本体1的前端盖，进入后本体1内部。丝杠5可以与同样位于后本体1内部的螺母9连接，形成螺旋传动副，而螺母9则与电机7的转子固定连接，当电机7工作时，通过螺母9驱动丝杠5运动，丝杠5则带动前本体2或后本体1运动。电机7的定子与电机支架6固定连接。电机支架6可以固定安装在后本体1的前端盖上，从而将电机7固定在后本体1的前端。丝杠5的一端可以穿过电机支架6。驱动部各部件的连接方式可以是：丝杠5、螺母9、电机转子、电机定子和电机支架6沿径向从内向外依次连接，且各部件轴线均与后本体1的轴线重合。

优选的，电机7为力矩电机。力矩电机输出扭矩大，同时电机7的转子是中空轴，螺母9和丝杠5可以从该中空轴穿过，使结构简单紧凑，节省安装空间，降低机器人的重量。

优选的，轴承8的数量为2个，分别安装在螺母9的两端，其中一个轴承8与后本体1的前端盖10固定连接，另一个轴承8与电机支架6固定连接。

在本公开的一个可选实施方式中，丝杠5可以采用圆筒式橡胶丝杠。其中，丝杠5的外部面料可以采用尼龙革，内部采用坚硬的PVC板材和钢丝圈作为支撑骨架。其刚性和柔性都非常好，既可以满足高效、稳定、快速的传动要求，又能在通过管道弯道处时保持良好的弯曲变形，使得机器人在管道中能够顺利实现拐弯。

在本公开的一个可选实施方式中，轮系3可以安装在前本体2和后本体1的端盖上，例如，安装在前本体2的前端盖和/或后端盖上，以及后本体1的前端盖和/或后端盖上。优选的，前本体2和后本体1的每个端盖上安装4组轮系，这4组轮系沿着端盖的轴线周向均匀分布，如图2所示。

具体的，如图3所示，轮系3包括行走轮301、单向轴承302、轮轴303、轮杆304、挡片305、滑块306、导轨307、弹簧308和轮筒309。其中，轮杆304、滑块306、导轨307和弹簧308配置在轮筒309内部。轮筒309固定在前本体2和后本体1的端盖上，前本体2和后本体1的每个端盖上安装4个轮筒309，4个轮筒309沿着端盖的轴线周向均匀分布。导轨307优选为直线导轨，直线导轨307固定在轮筒309上。滑块306安装在直线导轨307上，并能在直线导轨307上滑动。滑块306内部可以配置滚珠，使滑块306与导轨307之间滚动接触，阻力小。轮杆304固定在滑块306上，可随滑块306沿着前本体2或后本体1的径向方向移动，从而适应管道内径的变化。挡片304固定在轮筒309上，可以限制轮杆304在前本体2或后本体1的径向上的移动行程，防止滑块306与导轨307脱离。行走轮301安装在轮杆306的一端，弹簧308安装在轮杆306的另一端。弹簧308与轮筒309底部固定连接。在弹簧308的作用下，行走轮301能够与管壁保持紧密接触，从而为管道机器人的行走提供足够的摩擦力。行走轮301的圆周面上可以设置凸起的橡胶块，增加轮面与管壁的摩擦力。弹簧308可以是压缩弹簧或气动弹簧。轮轴303穿过行走轮，行走轮301通过轮轴303与轮杆306连接。单向轴承302配置在轮轴303与行走轮301之间。单向轴承302的内圈与轮轴303固定连接，外圈与行走轮301固定连接。单向轴承302只能沿着一个方向旋转，因此行走轮301为单向转动轮，例如行走轮301仅可以向前方转动。

当电机7通过螺旋传动副驱动丝杠5移动时，丝杠5可以推动前本体2向前移动。前本体2上的行走轮301可以向前转动，此时前本体2上的行走轮301与管壁之间的摩擦力是滚动摩擦力。后本体1受到丝杠5向后的推力，有向后运动的趋势，但由于行走论301只能向前转动，所以此时后本体1上的行走轮301保持静止，后本体1上的行走轮301与管壁之间产生滑动摩擦力。滑动摩擦力大于滚动摩擦力，加上前本体2受到的向前的推力，以及后本体1受到的向后的推力，使得前本体2向前移动，而后本体1固定不动。同理，当丝杠5拉动后本体1向前移动时，后本体1上的行走轮301可以向前转动，而前本体2上的行走轮301则固定不动。如此往复，前本体2和后本体1实现交替移动和固定，管道机器人实现蠕动行走。

本公开的具有单向轮结构的蠕动式管道机器人具有结构简单紧凑、适应性强、牵引力大、可靠性高、运行平稳等特点，能够实现对管道内部的检测，是一种性能优异的管道机器人。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (6)

1.一种具有单向轮结构的蠕动式管道机器人，其特征在于，包括：

前本体，配置在所述机器人的前端；

后本体，配置在所述机器人的后端；

轮系，包括行走轮、轮筒、导轨、滑块、弹簧和轮杆，所述行走轮为单向转动轮，数量为多个，均匀配置在所述前本体上，以及均匀配置在所述后本体上，所述行走轮与管道内壁接触；所述轮杆、滑块、导轨和弹簧配置在所述轮筒内部；所述轮筒配置在所述前本体的前端盖和/或后端盖上，以及配置在所述后本体的前端盖和/或后端盖上；所述导轨固定在所述轮筒上；所述滑块配置在所述导轨上，所述滑块在导轨上滑动；所述滑块的内部具有滚珠，所述滑块与所述导轨之间为滚动接触；所述轮杆配置在所述滑块上，随着所述滑块沿着前本体和后本体的径向方向移动；所述行走轮配置在所述轮杆的一端，所述弹簧配置在所述轮杆的另一端；所述行走轮通过弹簧与管道内壁保持紧密接触；

驱动部，连接所述前本体与后本体，驱动所述前本体与后本体运动；以及

摄像头，配置在所述前本体上，拍摄管道内部环境；

其中，所述驱动部驱动所述前本体运动时，所述后本体静止不动，所述驱动部驱动所述后本体运动时，所述前本体静止不动；所述驱动部包括：

丝杠，连接所述前本体与后本体，所述丝杠的一端与所述前本体的后端盖连接，所述丝杠的另一端穿过所述后本体的前端盖；所述丝杠采用圆筒式橡胶丝杠；所述丝杠外部材料采用尼龙革，内部采用PVC板材和钢丝圈作为支撑骨架；以及

电机，配置在所述后本体内部；

所述电机的转子通过连接螺母与所述丝杠形成螺旋传动副，驱动所述丝杠移动；

所述丝杠带动所述前本体或后本体运动。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述驱动部还包括：

电机支架，与所述后本体的前端盖连接，将所述电机固定在所述后本体内部，所述电机的定子固定在所述电机支架上；以及

轴承，数量为2个，分别配置在所述螺母与后本体前端盖之间，以及配置在所述螺母与电机支架之间。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述电机为力矩电机；

所述电机的转子为中空轴，所述丝杠及螺母穿过所述中空轴；

所述丝杠的一端穿过所述电机支架；

所述丝杠、螺母、电机转子、电机定子、电机支架和后本体的轴线重合。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述弹簧为压缩弹簧或气动弹簧。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述轮系还包括：

挡片，配置在所述轮筒上，所述挡片限制所述轮杆的移动行程，所述挡片防止所述滑块与导轨脱离；

轮轴，穿过所述行走轮，所述行走轮通过所述轮轴与所述轮杆连接；以及

单向轴承，配置在所述轮轴与行走轮之间，所述单向轴承的内圈与所述轮轴固定连接，外圈与所述行走轮固定连接。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述行走轮的圆周面上具有凸起的橡胶块。

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