CN109751477B - 管状结构检测用机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管状结构检测用机器人,装置包括本体以及与所述本体连接的行动机构、附着机构和检测机构,行动机构用于带动整个机体行走,附着机构用于保持机体平衡,检测机构用于对管道内壁检测,所述行动机构包括均布设置在本体周向的至少三个行动轮,所述附着机构包括支架、均布设置在支架周向的至少三个附着轮以及用于驱动所述附着轮旋转的第一电机,本发明装置设置附着轮,在一些竖直管道或者倾斜管道的检测时,通过附着轮的旋转与建筑管道的内壁摩擦,可以提供装置本体向上的分力,用于抵消装置本体整体的重力,实现了机器人在管道内的支撑平衡。

Description

管状结构检测用机器人
技术领域
本发明涉及管道作业机器人技术领域,具体涉及一种管状结构检测用机器人。
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。
我国管内机器人技术的研究己有20余年的历史,哈尔滨工业大学、中国科学院沈阳自动化研究所、上海交通大学、清华大学、浙江大学、北京石油化工学院、天津大学、太原理工大学、大庆石油管理局、胜利油田、中原油田等单位进行了这方面的研究工作。对于管道机器人的研究,以前对多轮支撑结构的研究较多,才研究传统轮式移动机器人直接用在圆形管道的检测和维护。空间多轮结构的管内机器人的轮子与壁面接触时,接触点与轮心的连线在柱面的半径方向上,并且轮子的行驶方向与柱面的母线平行,这是单个轮子在管道曲面上位姿的一种特殊情况。轮式移动机器人在管道中运行时,由于管道尺寸大小不、具有弯道和“T”型接头等,轮式移动机器人的每一个轮子在管道中的位姿是不可预测的产轮子的轴线方向可能不垂直于圆管的半径方向。
现有的有些管道机器人,不能很好地适应竖直或者倾斜的管道的检测,也无法进入一些弯道进行检测等,只能在一些水平管道内进行检测,且平衡性较差,装置复杂。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种管状结构检测用机器人,可以在各种复杂的管道内进行检测,检测更为稳定,且平衡性较好。
管状结构检测用机器人,包括本体以及与所述本体连接的行动机构、附着机构和检测机构,所述行动机构包括均布设置在本体周向的至少三个行动轮,所述附着机构包括支架、均布设置在支架周向的至少三个附着轮以及用于驱动所述附着轮旋转的第一电机,所述支架与本体柔性连接,所述附着轮通过第一支撑腿与支架连接,所述第一支撑腿包括与支架连接的第一外腿、可滑动地设置在第一外腿内的第一内腿、设置在第一内腿和第一外腿之间为所述第一内腿提供沿支架径向的弹性力的第一抵靠装置,所述第一内腿的一端可沿支架的径向滑动,所述附着轮设置在第一内腿的外端,所述第一外腿与所述支架铰接,可沿垂直于第一支撑腿所在的平面转动。
进一步,所述支架和第一外腿之间设置有弹性回复装置。
进一步,所述弹性回复装置为弹簧,弹簧的两端分别于支架和第一外腿连接,所述支架和第一外腿上均设置有用于与弹簧连接的安装座。
进一步,所述附着轮的母线为弧形,附着轮的截面内径从中间至两边依次减小。
进一步,所述附着轮的表面上设置有若干凸起,所述凸起采用橡胶材料制成。
进一步,所述行动机构还包括用于驱动所述行动轮旋转的第二电机,所述行动轮通过第二支撑腿与本体连接,所述第二支撑腿包括与本体连接的第二外腿、可滑动地设置在第二外腿内的第二内腿、设置在第二内腿和第二外腿之间为所述第二内腿提供沿本体径向的弹性力的第二抵靠装置,所述第二内腿的一端可沿本体的径向滑动,所述行动轮设置在第二内腿的外端。
进一步,所述检测机构包括转盘以及均布设置在转盘周向的至少两个激光探测器,所述转盘以可沿本体轴线移动的方式与所述本体连接。
进一步,所述本体上设置有线性步进电机,所述线性步进电机的输出轴平行于本体的轴向设置,所述线性步进电机的输出轴与所述转盘螺纹连接。
进一步,所述转盘的外端面上固定设置有第三电机,所述激光探测器通过连杆机构连接至所述第三电机的输出轴,所述激光探测器可绕本体的轴向转动。
进一步,所述连杆机构包括第一连杆和第二连杆,所述第一连杆的一端与第三电机的输出轴固定连接,另一端与第二连杆铰接,所述激光探测器固定设置在第二连杆的外端。
本发明的有益效果:本发明管状结构检测用机器人,设置在建筑管道内,装置包括本体以及与所述本体连接的行动机构、附着机构和检测机构,行动机构用于带动整个机体行走,附着机构用于保持机体平衡,检测机构用于对管道内壁检测,所述行动机构包括均布设置在本体周向的至少三个行动轮,所述附着机构包括支架、均布设置在支架周向的至少三个附着轮以及用于驱动所述附着轮旋转的第一电机,本发明装置设置附着轮,在一些竖直管道或者倾斜管道的检测时,通过附着轮的旋转与建筑管道的内壁摩擦,可以提供装置本体向上的分力,用于抵消装置本体整体的重力,实现了机器人在管道内的支撑平衡。
本发明装置所述支架与本体柔性连接,两者的连接方式是柔性的,同时配合可伸缩的第一支撑腿,使两者可以在通过时可以有一定的过度,让机器本体更容易通道弯道,减少机器人卡在弯道内的可能,让检测更为容易,提高了检测的效率。
所述附着轮通过第一支撑腿与支架连接,本发明通过设置可伸缩的第一支撑腿,给附着轮提供一定的弹性抵靠力,让附着轮更容易与管道的内壁接触,提高装置本体的平衡性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:
图1为本发明的结构示意图;
图2为图1的侧视图;
图3为连杆的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明的结构示意图,图2为图1的侧视图,图3为连杆的结构示意图。本发明管状结构检测用机器人,包括本体1以及与所述本体1连接的行动机构2、附着机构3和检测机构4,所述行动机构2包括均布设置在本体1周向的至少三个行动轮202,所述附着机构3包括支架301、均布设置在支架301周向的至少三个附着轮302以及用于驱动所述附着轮302旋转的第一电机303,所述支架301与本体1柔性连接,所述附着轮302通过第一支撑腿与支架301连接,所述第一支撑腿包括与支架301连接的第一外腿304、可滑动地设置在第一外腿304内的第一内腿305、设置在第一内腿305和第一外腿304之间为所述第一内腿305提供沿支架301径向的弹性力的第一抵靠装置306,所述第一内腿305的一端可沿支架301的径向滑动,所述附着轮302设置在第一内腿305的外端,所述第一外腿304与所述支架301铰接,可沿垂直于第一支撑腿所在的平面转动。本实施例第一抵靠装置306采用弹簧,弹簧的底端是固定设置在本体1上的,同时整体是轴向设置在空心的第一外腿的,弹簧的上端与第一内腿固定连接。
本实施例管状结构检测用机器人设置在建筑管道内,装置包括本体1以及与所述本体1连接的行动机构2、附着机构3和检测机构4,行动机构2用于带动整个机体1行走,附着机构3用于保持机体平衡,检测机构4用于对管道内壁检测,所述行动机构2包括均布设置在本体1周向的至少三个行动轮202,所述附着机构3包括支架301、均布设置在支架301周向的至少三个附着轮302以及用于驱动所述附着轮302旋转的第一电机303,本发明装置设置附着轮302,在一些竖直管道或者倾斜管道的检测时,通过附着轮302的旋转与建筑管道的内壁摩擦,可以提供装置本体向上的分力,用于抵消装置本体整体的重力,实现了机器人在管道内的支撑平衡。只要第一抵靠装置306提供足够的支撑力,让附着轮302可以紧贴管道的内壁,在附着轮302转动时,提供竖直向上的分力与装置本体的重力相抵消,理论上是可以支撑整个装置在管道内的,本领域技术人员应当可以理解。
本发明装置所述支架301与本体1柔性连接,两者的连接方式是柔性的,同时配合可伸缩的第一支撑腿,使两者可以在通过时可以有一定的过度,让机器本体更容易通道弯道,减少机器人卡在弯道内的可能,让检测更为容易,提高了检测的效率。本实施例支架301与本体1是通过弹簧连接的,弹簧的两端分别与支架301与本体1连接,可以在两者的连线上实现弯折即可,但是优选为橡胶,最好是方便折弯,但是不容易被拉伸的材料。
本实施例中,所述第一外腿304通过支座10与所述支架301铰接,可沿垂直于第一支撑腿所在的平面转动。通过铰接,第一外腿304是可折叠的,所述支架301和第一外腿304之间设置有弹性回复装置5。如图1所示,当第一外腿304平行于支架301的径向时,弹性回复装置处于最大弹性力,当弯道的内径大于或者小于此时弯道的方向时,第一外腿304则恢复到需要的角度,可让附着轮302更好地适应建筑管道的内壁。
本实施例中,所述弹性回复装置5为弹簧,弹簧的两端分别于支架301和第一外腿304连接,所述支架301和第一外腿304上均设置有用于与弹簧连接的安装座6。设置弹簧作为弹性回复装置,装置简单方便,节约成本。
本实施例中,所述附着轮302的母线为弧形,附着轮302的截面内径从中间至两边依次减小。具体形状如图2所示,附着轮302的中部内径较大,外弧面与管道内壁相适应,整体结构类似于橄榄球的形状。
本实施例中,所述附着轮302的表面上设置有若干凸起307,所述凸起307采用橡胶材料制成。设置橡胶材料的凸起307,可以增大附着轮302与管道内壁的摩擦力,更容易装置本体的平衡,节约能量。
本实施例中,所述行动机构2还包括用于驱动所述行动轮202旋转的第二电机203,所述行动轮202通过第二支撑腿与本体1连接,所述第二支撑腿包括与本体1连接的第二外腿204、可滑动地设置在第二外腿204内的第二内腿205、设置在第二内腿205和第二外腿204之间为所述第二内腿205提供沿本体1径向的弹性力的第二抵靠装置206,所述第二内腿205的一端可沿本体1的径向滑动,所述行动轮202设置在第二内腿205的外端。本发明行动轮202的设置方式与附着轮302类同,具体作用和效果本领域技术人员应当可以理解,在此不再赘述。所述第二外腿204通过支座9与所述本体1铰接,可以实现折叠,在装置不用时,节省了空间。
本实施例中,所述检测机构4包括转盘401以及均布设置在转盘401周向的至少两个激光探测器402,所述转盘402以可沿本体1轴线移动的方式与所述本体1连接。激光探测器402为现有技术,如申请号为201511022741.0公开的管道内缺陷尺寸测量机构及轮式管道检测机器人,其具体公开包括摄像头,所述摄像头周边设有激光发射机构,所述激光发射机构包括至少3个等距设置的激光发射孔,且所述每一激光发射孔的激光发射方向都与摄像头的光轴平行。因此本装置激光探测器402用于探测缺陷且用于外部显示装置简单,应当可以实现。
本实施例中,所述本体1上设置有线性步进电机7,所述线性步进电机7的输出轴8平行于本体的轴向设置,所述线性步进电机7的输出轴8与所述转盘401螺纹连接。线性步进电机7可带动输出轴8轴向移动,从而带动激光探测器402轴向移动,能更加全方位地进行检测,不需要更多复杂的机构就可以实现。
本实施例中,所述转盘401的外端面上固定设置有第三电机408,所述激光探测器402通过连杆机构连接至所述第三电机408的输出轴,所述激光探测器402可绕本体1的轴向转动。如图3所示,所述连杆机构包括第一连杆403和第激光探测器402二连杆404,所述第一连杆403的一端与第三电机408的输出轴固定连接,另一端与第二连杆404铰接,所述激光探测器402固定设置在第二连杆404的外端。第一连杆403上设置有支座407,转轴406穿过支座407和第二连杆404,第二连杆404通过转轴406可转动且可通过螺母405固定。通过设置可弯折的连杆机构,可让激光探测器402改变不同的检测内径,适应不同大小的管道内检测,让激光探测器402更贴合管道内壁,检测更为准确。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.管状结构检测用机器人,其特征在于:包括本体以及与所述本体连接的行动机构、附着机构和检测机构,所述行动机构包括均布设置在本体周向的至少三个行动轮,所述附着机构包括支架、均布设置在支架周向的至少三个附着轮以及用于驱动所述附着轮旋转的第一电机,所述支架与本体柔性连接,所述附着轮通过第一支撑腿与支架连接,所述第一支撑腿包括与支架连接的第一外腿、可滑动地设置在第一外腿内的第一内腿、设置在第一内腿和第一外腿之间为所述第一内腿提供沿支架径向的弹性力的第一抵靠装置,所述第一内腿的一端可沿支架的径向滑动,所述附着轮设置在第一内腿的外端,所述第一外腿与所述支架铰接,可沿垂直于第一支撑腿所在的平面转动;所述支架和第一外腿之间设置有弹性回复装置;
所述检测机构包括转盘以及均布设置在转盘周向的至少两个激光探测器,所述转盘以可沿本体轴线移动的方式与所述本体连接,所述本体上设置有线性步进电机,所述线性步进电机的输出轴平行于本体的轴向设置,所述线性步进电机的输出轴与所述转盘螺纹连接,所述转盘的外端面上固定设置有第三电机,所述激光探测器通过连杆机构连接至所述第三电机的输出轴,所述激光探测器可绕本体的轴向转动,所述连杆机构包括第一连杆和第二连杆,所述第一连杆的一端与第三电机的输出轴固定连接,另一端与第二连杆铰接,所述激光探测器固定设置在第二连杆的外端。
2.根据权利要求1所述的管状结构检测用机器人,其特征在于:所述弹性回复装置为弹簧,弹簧的两端分别于支架和第一外腿连接,所述支架和第一外腿上均设置有用于与弹簧连接的安装座。
3.根据权利要求1所述的管状结构检测用机器人,其特征在于:所述附着轮的母线为弧形,附着轮的截面内径从中间至两边依次减小。
4.根据权利要求3所述的管状结构检测用机器人,其特征在于:所述附着轮的表面上设置有若干凸起,所述凸起采用橡胶材料制成。
5.根据权利要求1所述的管状结构检测用机器人,其特征在于:所述行动机构还包括用于驱动所述行动轮旋转的第二电机,所述行动轮通过第二支撑腿与本体连接,所述第二支撑腿包括与本体连接的第二外腿、可滑动地设置在第二外腿内的第二内腿、设置在第二内腿和第二外腿之间为所述第二内腿提供沿本体径向的弹性力的第二抵靠装置,所述第二内腿的一端可沿本体的径向滑动,所述行动轮设置在第二内腿的外侧。
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