CN109807908B - 一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，包括支撑在管墩上的管道，管道的内部设有轨道，轨道上设有车辆，管道的内部设有隔离门，管道的侧壁设有待避室，管道的内外通过一个以上的机器人进行检查维修；管道为铁磁性管道或复合结构管道，机器人为人形机器人，两只脚底设置电磁铁，在电磁吸引作用下，机器人能够“站立”在管道外壁或管道内壁表面；机器人两只脚底的电磁铁能够交替通电、断电，从而使机器人像人一样实现跨步行走，能够弯腰、伸臂进行各种检查维修作业，同时能做到自然人无法做到的脚抵管壁的侧立、倒立；本发明通过机器人能够高效、快捷、省时、省力地对真空管道进行检查、维修。

Description

一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人

技术领域

本发明属于真空管道交通与机器人技术领域，具体涉及一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人。

背景技术

真空管道高速交通是一种能达到超高速度，且能耗很低、环境影响很小的交通模式，这种交通方式由管道、磁悬浮车辆、驱动与控制、真空泵、真空测量、远程监控系统等部分组成。运行时，管道内抽成一定真空，然后车辆在其中行驶。由于同时消除了机械摩擦和空气阻力，不仅所需驱动力很小，而且速度能够很快。

真空管道高速磁浮交通可以建在陆地上，也可建在海底；可以在地面，也可在地下。类似于高铁，地面管道线路将以高架为主。这是一项综合性系统工程，涉及众多子项目和研究课题，其中对管道的检查、维修是重要的工作内容之一。

巡道工是铁路最古老和最典型的检查维修方式之一，基本特征是，巡道工沿铁路线路行走，当发现钢轨变形、断裂时发出警报，铁路临时停运，由工务部门对轨道进行维修或更换；当发现道钉松动或缺失时，则直接使用随身携带的工具进行紧固或补充。这种传统的检修方法显然不适用于内部为真空、管道高架且外壁为圆柱的真空管道交通。

随着高铁的普及和铁路养护维修现代化水平的提高，铁路线路越来越多地以轨检车或巡道车进行检修。对于真空管道，管道内部轨道和基础的检查、维修，可借鉴传统铁路的轨检车检修方式和经验，而对于管道本身的检查维修，则需要考虑新的方法和途径。

真空管道交通之管道检修既有管道内部检修，也有管道外部检修。如何对管道高效、快捷，省时省力地进行检修，则需要研究探索新的技术与方法，最理想的方法是用自动化机器人代替人工。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，能够高效、快捷、省时、省力地对真空管道进行检查、维修。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，包括支撑在管墩5上的管道1，管道1的内部设有轨道4，轨道4上设有车辆3，管道1的内部设有隔离门6，管道1的侧壁设有待避室7，管道1的内外通过一个以上的机器人2进行检查维修。

所述的管道1为铁磁性管道或复合结构管道，铁磁性管道接触磁极时能够产生吸力；复合结构管道要求管道内壁和外壁为铁磁性材料。

所述的机器人2为人形机器人，两只脚底设置电磁铁，在电磁吸引作用下，机器人2能够“站立”在管道1外壁或管道1内壁表面；机器人2两只脚底的电磁铁能够交替通电、断电，从而使机器人2像人一样实现跨步行走，能够弯腰、伸臂进行各种检查维修作业，同时能做到自然人无法做到的脚抵管壁的侧立、倒立。

所述的机器人2的手掌上设置电磁铁，以便机器人2在匍匐贴壁时具有足够的附着力和稳定性；当在管道1外壁进行检修时，当遇到临时大风，机器人2则匍匐紧贴管壁，等待大风停止；当沿内壁行走检修，有车辆要通过时，临时匍匐紧贴管壁，等待车辆通过。

所述的机器人2能够执行抢险、救援作业；当车辆3故障无法行驶时，机器人2推动车辆3离开故障区域，或者把车辆3推回到临近的车站；若一个机器人2推力不足，其他机器人2前往增援，由多个机器人2完成推动车辆3的工作。

所述的机器人2身体上安装旋转翼，使其从地面直接飞到管道1上；检修过程中，当需要从一个区域转移到另一个距离较远区域的管道1上时，采用飞行模式代替步行模式。

所述的轨道4的中部设有道心42，轨道4两侧和管道1之间设有侧道41。

所述的管墩5上设置梯阶51，供机器人2攀爬登上管道1。

所述的隔离门6是用于对真空管道实施分段隔离的设置，隔离门6包括管道1两侧设置的门室62，门室62中部设有门缝61，机器人2能够灵活跨过门缝61。

所述的待避室7沿管道1每隔一定距离在管壁设置，在非检修期间，机器人2“躲藏”在待避室7内“休息”，并进行充电作业。

所述的待避室7为一个小型气闸舱，设置气密性内舱门71和气密性外舱门，供机器人2进出真空管道1，同时待避室7作为检修人员进出或抢险救援的临时通道；所述的气密性内舱门71为推拉式密封门，不占用管道1内净空。

所述的一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，包括以下三种工作模式：

(1)管道外壁检修工作模式：

机器人2离开工作站或工作车，走向管墩5，沿梯阶51攀爬登上管道1；

机器人2沿管道1外壁任意方向行走，执行检查、维修操作；

需要暂停检修工作或临时“休息”时，机器人2行走到管道1顶部，匍匐在管道1外壁上；

执行完检修任务后，机器人2从设置在管墩5上的梯阶51下来，走回等待的汽车或附近的工作站；

(2)管道内壁检修工作模式：

工程车沿管道1内轨道把机器人2运送到待检修区域；

机器人2从工程车上下来，沿轨道的侧道41行走，对管道1的侧壁低部位进行检修；或沿轨道的道心42行走，对道心42以及轨道4进行检修；

机器人2登上管道1内壁，沿设定的任意方向行走，执行检修操作；

机器人2进入待避室7内，进行临时“休息”，或避让在管道内高速行驶的列车，并进行充电作业；

完成阶段性任务需要撤离时，机器人2离开管道1内壁，登上等待的工程车，回到车站；

(3)内外壁综合检修模式：

机器人2按上述管道内壁检修工作模式执行管道1内壁检修操作；

进入待避室7内，关闭内舱门71；

打开外舱门，机器人2从待避室7出来，到管道1外壁上行走，执行管道1外壁检修操作；

完成管道1外壁检修任务后，机器人2通过外舱门进入待避室7；

关闭外舱门，打开内舱门71，机器人2进入管道1内；

从管道1内壁下来，登上等待的工程车，返回车站或机务段。

所述的内外壁综合检修模式中，机器人2完成管道1外壁检修任务后，不再进入待避室7和管道1内，而是沿设置在管墩5上的梯阶51下到地面，走向等待中的运送汽车或附近的工作站。

所述的内外壁综合检修模式或逆向进行，即机器人2从地面运送汽车出发，沿设置在管墩5上的梯阶51登上管道1，先进行管道1外壁检修；然后从气闸舱式待避室7进入管道1内，执行对管道1内壁的检修操作。

本发明的有益效果是：

本发明机器人2的两只脚底设置电磁铁，可以吸附在铁磁性管壁上，可跨步越过法兰11等障碍物，可正立、侧立、倒立行走，绕过类似管墩的障碍物，可贴近管道1内壁和外壁的任何部位执行检修操作，实现高效、敏捷、快速、省力地对真空管道内壁、外壁进行检查维修。

本发明的待避室7供机器人2“躲藏”其中临时“休息”，并进行充电作业；给出气闸舱式待避室，供机器人2从外部进入管道1，或者从管道1中出来，进出方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图中机器人2正在跨过管道1外壁法兰11。

图2为本发明机器人2推动故障车辆3示意图。

图3为隔离门6示意图。

图4为隔离门6的俯视图，图中显示出隔离门6门缝61。

图5为机器人2沿管道1外壁底部倒立行走的示意图。

图6为机器人2沿管道1内壁顶部倒立行走的示意图。

图7为机器人2匍匐紧贴管道1外壁顶部的示意图。

图8为机器人2匍匐紧贴管道1内壁侧面的示意图。

图9为机器人2位于待避室7内的示意图，图中内舱门71处于打开状态。

图10为机器人2攀爬管墩5上梯阶51将登上管道1的示意图。

图11为机器人2沿轨道4侧道41行走的示意图。

图12为机器人2沿轨道4道心42行走的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。

如图1、图2所示，一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，包括支撑在管墩5上的管道1，管道1的内部设有轨道4，轨道4上设有车辆3，管道1的内部设有隔离门6，管道1的侧壁设有待避室7，管道1的内外通过一个以上的机器人2进行检查维修。

所述的管道1为铁磁性管道或复合结构管道，铁磁性管道能够被磁化，接触磁极时能够产生吸力，如钢管；复合结构管道要求管道内壁和外壁为铁磁性材料。

如图1、图2、图5、图6所示，所述的机器人2为人形机器人，两只脚底设置电磁铁，在电磁吸引作用下，机器人2可“站立”在管道1外壁或管道1内壁表面，可正立、侧立、倒立，不会掉下、脱离管道壁；机器人2两只脚底的电磁铁交替通电、断电，机器人2则像人一样跨步行走，可弯腰、伸臂进行各种检查维修作业，同时能做到自然人无法做到的脚抵管壁的侧立、倒立；因此，机器人2可以沿管道壁外表面(或内表面)任何方向行走运动，灵活跨越绕避如外法兰11、内法兰、管墩5、隔离门6的门缝61(如图4所示)等结构件或其他障碍物，绕避管道1表面的凸起或凹陷部位。

所述的机器人2的手掌上设置电磁铁，匍匐贴壁时具有足够的附着力和稳定性。在管道1外壁进行检修时，当遇到临时大风，机器人2则匍匐紧贴管壁，等待大风停止，如图7所示。当沿内壁行走检修，有车辆要通过时，机器人2临时匍匐紧贴管壁，等待车辆通过，如图8所示。

除了日常检修作业，所述的机器人2还可用于抢险、救援。当车辆3故障无法行驶时，机器人2推动车辆3离开故障区域，或者把车辆3推回到临近的车站，如图2所示。

所述的轨道4的中部设有道心42，轨道4两侧和管道1之间设有侧道41，如图6所示。

所述的管墩5上设置梯阶51，供机器人2攀爬登上管道1。

所述的隔离门6是用于对真空管道实施分段隔离的设置，隔离门6包括管道1两侧设置的门室62，门室62中部设有门缝61，机器人2能够灵活跨过门缝61，如图3、图4所示。

所述的待避室7沿管道1每隔一定距离在管壁设置，在非检修期间，机器人2“躲藏”在待避室7内“休息”，并进行充电作业，如图9所示。

所述的待避室7为一个小型气闸舱，设置气密性内舱门71和气密性外舱门，供机器人2进出真空管道1，同时待避室7作为检修人员进出或抢险救援的临时通道；所述的气密性内舱门71为推拉式密封门，不占用管道1内净空。

所述的一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，包括以下三种工作模式：

(1)管道外壁检修工作模式：

机器人2离开工作站或工作车，走向管墩5，沿梯阶51攀爬登上管道1，如图10所示；

机器人2沿管道1外壁任意方向行走，执行检查、维修操作，由于脚底设置电磁铁，机器人2脚抵管道1外壁行走时不会掉落，也不会像人一样产生眩晕感觉；机器人2遇到法兰11、管道1外壁上的微小凸起等障碍物时，跨步迈过或绕过，如图1所示；

需要暂停检修工作或临时“休息”时，机器人2行走到管道1顶部，匍匐在管道壁上，如图7所示，由于脚底和手掌都吸住管壁，于是能保持良好的稳定性，又由于匍匐在管道1顶部，所需吸附力小，电量消耗低；

执行完检修任务后，机器人2从设置在管墩5上的梯阶51下来，走回等待的汽车或附近的工作站；

(2)管道内壁检修工作模式：

工程车沿管道1内轨道把机器人2运送到待检修区域；

机器人2从工程车上下来，沿轨道4的侧道41行走，对侧壁较低部位进行检修，如图11所示；或沿轨道道心42行走，对道心42以及轨道4进行检修，如图12所示；

机器人2登上管道1内壁，沿设定的任意方向行走，执行检修操作；遇到管道内法兰、内部凸起或凹陷部位，机器人2抬脚跨过即可；

机器人2进入待避室7内，进行临时“休息”，或避让在管道内高速行驶的列车，并进行充电作业，如图9所示；

完成阶段性任务需要撤离时，机器人2离开管道内壁，登上等待的工程车，回到车站；

(3)内外壁综合检修模式(适用于设置有气闸舱式待避室7的管道)。

机器人2按上述管道内壁检修工作模式执行管道1内壁检修操作；

进入待避室7内，关闭内舱门71；

打开外舱门，机器人2从待避室7出来，到管道1外壁上行走，执行管道1外壁检修操作；

完成管道1外壁检修任务后，机器人2通过外舱门进入待避室7；

关闭外舱门，打开内舱门71，机器人2进入管道1内；

从管道1内壁下来，登上等待的工程车，返回车站或机务段。

所述的内外壁综合检修模式中，机器人2完成管道1外壁检修任务后，不再进入待避室7和管道1内，而是沿设置在管墩5上的梯阶51下到地面，走向等待中的运送汽车或附近的工作站。

所述的内外壁综合检修模式或逆向进行，即机器人2从地面运送汽车出发，沿设置在管墩5上的梯阶51登上管道1，先进行管道1外壁检修；然后从气闸舱式待避室7进入管道1内，执行对管道1内壁的检修操作。

所述的机器人2身体上安装旋转翼，使其从地面直接飞到管道1上；检修过程中，当需要从一个区域转移到另一个距离较远区域的管道1上时，采用飞行模式代替步行模式，加快检修速度。

Claims (6)

1.一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，包括支撑在管墩(5)上的管道(1)，其特征在于：管道(1)的内部设有轨道(4)，轨道(4)上设有车辆(3)，管道(1)的内部设有隔离门(6)，管道(1)的侧壁设有待避室(7)，管道(1)的内外通过一个以上的机器人(2)进行检查维修；

所述的管道(1)为铁磁性管道或复合结构管道，铁磁性管道接触磁极时能够产生吸力；复合结构管道要求管道内壁和外壁为铁磁性材料；

所述的机器人(2)为人形机器人，两只脚底设置电磁铁，在电磁吸引作用下，机器人(2)能够“站立”在管道(1)外壁或管道(1)内壁表面；机器人(2)两只脚底的电磁铁能够交替通电、断电，从而使机器人(2)像人一样实现跨步行走，能够弯腰、伸臂进行各种检查维修作业，同时能做到自然人无法做到的脚抵管壁的侧立、倒立；

所述的轨道(4)的中部设有道心(42)，轨道(4)两侧和管道(1)之间设有侧道(41)；

所述的管墩(5)上设置梯阶(51)，供机器人(2)攀爬登上管道(1)；

所述的待避室(7)为一个小型气闸舱，设置气密性内舱门(71)和气密性外舱门，供机器人(2)进出真空管道(1)，同时待避室(7)作为检修人员进出或抢险救援的临时通道；所述的气密性内舱门(71)为推拉式密封门，不占用管道(1)内净空；

所述的一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，包括以下三种工作模式：

(1)管道外壁检修工作模式：

机器人(2)离开工作站或工作车，走向管墩(5)，沿梯阶(51)攀爬登上管道(1)；

机器人(2)沿管道(1)外壁任意方向行走，执行检查、维修操作；

需要暂停检修工作或临时“休息”时，机器人(2)行走到管道(1)顶部，匍匐在管道(1)外壁上；

执行完检修任务后，机器人(2)从设置在管墩(5)上的梯阶(51)下来，走回等待的汽车或附近的工作站；

(2)管道内壁检修工作模式：

工程车沿管道(1)内轨道把机器人(2)运送到待检修区域；

机器人(2)从工程车上下来，沿轨道的侧道(41)行走，对管道(1)的侧壁低部位进行检修；或沿轨道的道心(42)行走，对道心(42)以及轨道(4)进行检修；

机器人(2)登上管道(1)内壁，沿设定的任意方向行走，执行检修操作；

机器人(2)进入待避室(7)内，进行临时“休息”，或避让在管道内高速行驶的列车，并进行充电作业；

完成阶段性任务需要撤离时，机器人(2)离开管道(1)内壁，登上等待的工程车，回到车站；

(3)内外壁综合检修模式：

机器人(2)按上述管道内壁检修工作模式执行管道(1)内壁检修操作；

进入待避室(7)内，关闭内舱门(71)；

打开外舱门，机器人(2)从待避室(7)出来，到管道(1)外壁上行走，执行管道(1)外壁检修操作；

完成管道(1)外壁检修任务后，机器人(2)通过外舱门进入待避室(7)；

关闭外舱门，打开内舱门(71)，机器人(2)进入管道(1)内；

从管道(1)内壁下来，登上等待的工程车，返回车站或机务段。

2.根据权利要求1所述的一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，其特征在于：所述的机器人(2)的手掌上设置电磁铁，以便机器人(2)在匍匐贴壁时具有足够的附着力和稳定性；当在管道(1)外壁进行检修时，当遇到临时大风，机器人(2)则匍匐紧贴管壁，等待大风停止；当沿内壁行走检修，有车辆要通过时，临时匍匐紧贴管壁，等待车辆通过。

3.根据权利要求1所述的一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，其特征在于：所述的机器人(2)能够执行抢险、救援作业；当车辆(3)故障无法行驶时，机器人(2)推动车辆(3)离开故障区域，或者把车辆(3)推回到临近的车站；若一个机器人(2)推力不足，其他机器人(2)前往增援，由多个机器人(2)完成推动车辆(3)的工作。

4.根据权利要求1所述的一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，其特征在于：所述的机器人(2)身体上安装旋转翼，使其从地面直接飞到管道(1)上；检修过程中，当需要从一个区域转移到另一个距离较远区域的管道(1)上时，采用飞行模式代替步行模式。

5.根据权利要求1所述的一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，其特征在于：所述的隔离门(6)是用于对真空管道实施分段隔离的设置，隔离门(6)包括管道(1)两侧设置的门室(62)，门室(62)中部设有门缝(61)，机器人(2)能够灵活跨过门缝(61)。

6.根据权利要求1所述的一种用于真空管道检查维修的磁吸式步行机器人，其特征在于：所述的待避室(7)沿管道(1)每隔一定距离在管壁设置，在非检修期间，机器人(2)“躲藏”在待避室(7)内“休息”，并进行充电作业。

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