CN109519649A - 一种自调节式管道机器人及其在管道内的工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自调节式管道机器人及其在管道内的工作方法，包括主体一、主体二、摄像头和控制芯片；主体一包括调整单元一、旋转座一、电机四和安装座三；主体二包括调整单元二和旋转座二；旋转座一和旋转座二通过铰链连接；电机四固定在安装座三上，驱动旋转座一。管道出现变径时，调整单元一和调整单元二适应管径的变化；管道出现弯曲时，电机四带动旋转座一转动，当主体一能绕着铰接块一和铰接块二的铰接轴转动时，适应管道的弯曲进入弯曲管道，电机四停转；随着主体一进入弯曲管道，主体一和主体二之间的角度不断调整，直至主体二完全进入管道。本发明可根据管道弯曲和管径变化情况自动进行位姿和尺寸的调整，加强管道机器人的适配性。

Description

一种自调节式管道机器人及其在管道内的工作方法

技术领域

本发明属于管道机器人领域，具体涉及一种自调节式管道机器人及其在管道内的工作方法。

背景技术

在油气传输和下水道排污过程中，涉及大量管道工程，随着管道铺设长度的增加，凸显出例如异物堵塞、焊接漏缝等问题。目前的管机器人适用于管径统一且弯道半径大的管道，存在工作目标单一、工作环境要求高、适配性差等缺点，无法满足例如管道突然弯曲或者管径变化等复杂的管道环境。

因此，为适应复杂的管道环境，需要自调节式管道机器人以适应不同管道环境的需求，提升管道检修及排污功能的高效性。

发明内容

本发明的目的是为满足管道检修及排污过程中对管径变化及管道变位的需求，提供一种自调节式管道机器人及其在管道内的工作方法，可根据管道弯曲和管径变化情况自动进行位姿和尺寸的调整，加强管道机器人的适配性，提高其工作效率。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明一种自调节式管道机器人，包括主体一、主体二、摄像头和控制芯片；所述的主体一包括电机一、安装座一、壳体一、调整单元一、旋转座一、连接架、电机四、安装座三和电机五；所述的主体二包括电机二、壳体二、连接架、调整单元二、安装座二和旋转座二；调整单元一和调整单元二的结构完全相同，均包括接头一、接头二、丝杠、螺母座、四杆机构和滚轮；接头一和接头二上均设有周向均布的三个铰接部一，接头一的每个铰接部一与接头二周向位置对应的铰接部一通过四杆机构连接；四杆机构由连杆一、连杆二、连杆三和连接杆构成；连杆二的一端与接头一的铰接部一通过铰链连接，另一端通过铰链连接有滚轮；连杆三的一端与接头二的铰接部一通过铰链连接，另一端通过铰链连接有滚轮；连接杆两端分别与连杆二和连杆三靠近滚轮位置处通过铰链连接；丝杠与螺母座构成螺旋副，螺母座上设有周向均布的三个铰接部二，每个铰接部二与一根连杆一一端通过铰链连接，每根连杆一另一端与一个四杆机构的连杆二中部通过铰链连接；调整单元一的其中一个滚轮上设有电机五，电机五驱动滚轮滚动。

所述的调整单元一中，接头一与安装座一固定连接，接头二与安装座三固定连接，丝杠的一端与电机一的输出轴固定连接并通过轴承支承在安装座一上，另一端通过轴承支承在安装座三上；摄像头、安装座一和电机一的底座均与壳体一固定连接；壳体一与安装座三通过连接架固定连接。

所述的调整单元二中，接头二与安装座二固定连接，接头一与旋转座二固定连接，丝杠的一端与电机二的输出轴固定连接并通过轴承支承在安装座二上，另一端通过轴承支承在旋转座二上；安装座二和电机二的底座均与壳体二固定连接；旋转座二与壳体二通过连接架固定连接。

所述的旋转座一和旋转座二通过铰链连接；电机四的底座固定在安装座三上，电机四的输出轴与旋转座一固定；所述的摄像头将拍摄到的图像数据传给控制芯片，控制芯片控制电机一、电机二、电机四和电机五。

所述的电机五为轮毂电机。

所述的主体一还包括齿轮一，主体二还包括电机三和齿轮二；所述的齿轮一与旋转座一固定连接，所述电机三的底座与旋转座二固定连接；所述的齿轮二与旋转座二构成转动副，电机三的输出轴与齿轮二固定连接；电机三由控制芯片控制。

该自调节式管道机器人在管道内的工作方法，具体如下：

电机五驱动滚轮沿着管道内壁滚动，当摄像头拍摄到管道出现直径变大或者变小的结构时，控制芯片控制主体一中电机一驱动丝杠正转或反转，使得调整单元一适应管径的变化，调整单元一中的滚轮与管道内壁贴合；当主体一进入后，由于主体一和主体二之间通过铰链连接，当主体二进入管道时，主体二中电机二正转或反转，使得调整单元二适应管径的变化，调整单元二中的滚轮与管道内壁贴合；当摄像头拍摄到管道出现弯曲时，电机四带动旋转座一转动，电机三带动齿轮二转动，通过齿轮一与齿轮二的啮合，当主体一能绕着铰接块一和铰接块二的铰接轴转动时，就能适应管道的弯曲半径从而进入弯曲管道；主体一进入弯曲管道后，电机四停转；随着主体一进入弯曲管道，电机三继续带动齿轮二转动，不断调整主体一和主体二之间的角度，直至主体二完全进入管道，电机三停转，此时主体一和主体二的丝杠平行；主体一和主体二在位姿调整过程中，在主体一中电机一和主体二中电机二正转或反转驱动下，调整单元一和调整单元二中的滚轮始终与管壁接触。

本发明的有益效果：

1、本发明可根据管道弯曲和管径变化情况自动进行位姿和尺寸的调整，加强管道机器人的适配性，提高其工作效率；

2、本发明的主体间相互铰接，且调整单元上均布三组连杆，在行进时自身稳定性强。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明适应弯曲管道的示意图；

图3为本发明适应不同管径管道的示意图。

图中：1、电机一，2、安装座一，3、壳体一，4、接头一，4-1、铰接部一，5、连杆二，6、连杆三，7、连接杆，8、滚轮，9、螺母座，9-1、铰接部二，10、丝杠，11、旋转座一，12、旋转座二，13、齿轮一，14、齿轮二，15、电机三，16、安装座二，17、壳体二，18、电机二，19、连接架，20、连杆一，21、接头二，22、电机四，23、安装座三。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、2和3所示，一种自调节式管道机器人，包括主体一、主体二、摄像头和控制芯片。主体一包括电机一1、安装座一2、壳体一3、调整单元一、旋转座一11、齿轮一13、连接架19、电机四22、安装座三23和电机五；主体二包括电机二18、壳体二17、连接架19、调整单元二、安装座二16、旋转座二12、电机三15和齿轮二14；调整单元一和调整单元二的结构完全相同，均包括接头一4、接头二21、丝杠10、螺母座9、四杆机构和滚轮8；接头一4和接头二21上均设有周向均布的三个铰接部一4-1，接头一4的每个铰接部一4-1与接头二21周向位置对应的铰接部一4-1通过四杆机构连接；四杆机构由连杆一20、连杆二5、连杆三6和连接杆7构成；连杆二5的一端与接头一4的铰接部一4-1通过铰链连接，另一端通过铰链连接有滚轮8；连杆三6的一端与接头二21的铰接部一4-1通过铰链连接，另一端通过铰链连接有滚轮8；连接杆7两端分别与连杆二5和连杆三6靠近滚轮8位置处通过铰链连接；丝杠10与螺母座9构成螺旋副，螺母座9上设有周向均布的三个铰接部二9-1，每个铰接部二9-1与一根连杆一20一端通过铰链连接，每根连杆一20另一端与一个四杆机构的连杆二5中部通过铰链连接；调整单元一的其中一个滚轮8上设有电机五，电机五为轮毂电机，驱动滚轮8滚动。

调整单元一中，接头一4与安装座一2固定连接，接头二21与安装座三23固定连接，丝杠10的一端与电机一1的输出轴固定连接并通过轴承支承在安装座一2上，另一端通过轴承支承在安装座三23上；摄像头、安装座一2和电机一1的底座均与壳体一3固定连接；壳体一3与安装座三23通过连接架19固定连接。

调整单元二中，接头二21与安装座二16固定连接，接头一4与旋转座二12固定连接，丝杠10的一端与电机二18的输出轴固定连接并通过轴承支承在安装座二16上，另一端通过轴承支承在旋转座二12上；安装座二16和电机二18的底座均与壳体二17固定连接；旋转座二12与壳体二17通过连接架19固定连接。

旋转座一11和旋转座二12通过铰链连接，齿轮一13与旋转座一11固定连接，电机三15的底座与旋转座二12固定连接；齿轮二14与旋转座二12构成转动副，电机三15的输出轴与齿轮二14固定连接。电机四22的底座固定在安装座三23上，电机四22的输出轴与旋转座一11固定。

摄像头将拍摄到的图像数据传给控制芯片，控制芯片控制电机一1、电机二18、电机三15、电机四22和电机五。

该自调节式管道机器人在管道内的工作方法，具体如下：

电机五驱动滚轮8沿着管道内壁滚动，当摄像头拍摄到管道出现直径变大或者变小的结构时，控制芯片控制主体一中电机一1驱动丝杠10正转或反转，使得调整单元一适应管径的变化，调整单元一中的滚轮8与管道内壁贴合；当主体一进入后，由于主体一和主体二之间通过铰链连接，当主体二进入管道时，主体二中电机二18正转或反转，使得调整单元二适应管径的变化，调整单元二中的滚轮8与管道内壁贴合；当摄像头拍摄到管道出现弯曲时，电机四22带动旋转座一11转动，电机三15带动齿轮二14转动，通过齿轮一13与齿轮二14的啮合，当主体一能绕着铰接块一11和铰接块二12的铰接轴转动时，就能适应管道的弯曲半径从而进入弯曲管道；主体一进入弯曲管道后，电机四22停转；随着主体一进入弯曲管道，电机三15继续带动齿轮二14转动，不断调整主体一和主体二之间的角度，直至主体二完全进入管道，电机三15停转，此时主体一和主体二的丝杠10平行；主体一和主体二在位姿调整过程中，在主体一中电机一1和主体二中电机二18正转或反转驱动下，调整单元一和调整单元二中的滚轮8始终与管壁接触。

Claims (4)

1.一种自调节式管道机器人，包括主体一、主体二、摄像头和控制芯片，其特征在于：所述的主体一包括电机一、安装座一、壳体一、调整单元一、旋转座一、连接架、电机四、安装座三和电机五；所述的主体二包括电机二、壳体二、连接架、调整单元二、安装座二和旋转座二；调整单元一和调整单元二的结构完全相同，均包括接头一、接头二、丝杠、螺母座、四杆机构和滚轮；接头一和接头二上均设有周向均布的三个铰接部一，接头一的每个铰接部一与接头二周向位置对应的铰接部一通过四杆机构连接；四杆机构由连杆一、连杆二、连杆三和连接杆构成；连杆二的一端与接头一的铰接部一通过铰链连接，另一端通过铰链连接有滚轮；连杆三的一端与接头二的铰接部一通过铰链连接，另一端通过铰链连接有滚轮；连接杆两端分别与连杆二和连杆三靠近滚轮位置处通过铰链连接；丝杠与螺母座构成螺旋副，螺母座上设有周向均布的三个铰接部二，每个铰接部二与一根连杆一一端通过铰链连接，每根连杆一另一端与一个四杆机构的连杆二中部通过铰链连接；调整单元一的其中一个滚轮上设有电机五，电机五驱动滚轮滚动；

所述的调整单元一中，接头一与安装座一固定连接，接头二与安装座三固定连接，丝杠的一端与电机一的输出轴固定连接并通过轴承支承在安装座一上，另一端通过轴承支承在安装座三上；摄像头、安装座一和电机一的底座均与壳体一固定连接；壳体一与安装座三通过连接架固定连接；

所述的调整单元二中，接头二与安装座二固定连接，接头一与旋转座二固定连接，丝杠的一端与电机二的输出轴固定连接并通过轴承支承在安装座二上，另一端通过轴承支承在旋转座二上；安装座二和电机二的底座均与壳体二固定连接；旋转座二与壳体二通过连接架固定连接；

所述的旋转座一和旋转座二通过铰链连接；电机四的底座固定在安装座三上，电机四的输出轴与旋转座一固定；所述的摄像头将拍摄到的图像数据传给控制芯片，控制芯片控制电机一、电机二、电机四和电机五。

2.根据权利要求1所述的一种自调节式管道机器人，其特征在于：所述的电机五为轮毂电机。

3.根据权利要求1或2所述的一种自调节式管道机器人，其特征在于：所述的主体一还包括齿轮一，主体二还包括电机三和齿轮二；所述的齿轮一与旋转座一固定连接，所述电机三的底座与旋转座二固定连接；所述的齿轮二与旋转座二构成转动副，电机三的输出轴与齿轮二固定连接；电机三由控制芯片控制。

4.根据权利要求3所述的一种自调节式管道机器人在管道内的工作方法，其特征在于：该方法具体如下：

电机五驱动滚轮沿着管道内壁滚动，当摄像头拍摄到管道出现直径变大或者变小的结构时，控制芯片控制主体一中电机一驱动丝杠正转或反转，使得调整单元一适应管径的变化，调整单元一中的滚轮与管道内壁贴合；当主体一进入后，由于主体一和主体二之间通过铰链连接，当主体二进入管道时，主体二中电机二正转或反转，使得调整单元二适应管径的变化，调整单元二中的滚轮与管道内壁贴合；当摄像头拍摄到管道出现弯曲时，电机四带动旋转座一转动，电机三带动齿轮二转动，通过齿轮一与齿轮二的啮合，当主体一能绕着铰接块一和铰接块二的铰接轴转动时，就能适应管道的弯曲半径从而进入弯曲管道；主体一进入弯曲管道后，电机四停转；随着主体一进入弯曲管道，电机三继续带动齿轮二转动，不断调整主体一和主体二之间的角度，直至主体二完全进入管道，电机三停转，此时主体一和主体二的丝杠平行；主体一和主体二在位姿调整过程中，在主体一中电机一和主体二中电机二正转或反转驱动下，调整单元一和调整单元二中的滚轮始终与管壁接触。