CN109973756A - 一种管道机器人 - Google Patents

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朱晓庆
钱义肇
刘鸣
王时予
袁元
张月
陈璐
张超
张点堃
乔泽华
方媛
杜亮
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    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
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    • F16L55/28—Constructional aspects
    • F16L55/30—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables
    • F16L55/32—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables being self-contained
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Abstract

本发明公开了一种管道机器人，包括轮子及其固定架、固定架连接杆、伸缩杆连接杆、伸缩杆、伸缩用步进电机、固定架连接杆安装座、电池仓、万向旋转模块连接件、水平轴旋转伺服电机、伺服电机连接件和垂直轴旋转伺服电机。初始状态下，伸缩杆处于伸长状态，使三个轮子组成的圆半径最小，易于放入管道和运输。当机器人行走在竖直管道中时，前后轮同时贴紧内壁，利用轮与管壁间摩擦力推动机器人向上或向下运动。本装置工作环境复杂多变，且多为人类无法工作的极端条件。为使机器人正常工作，本装置满足IPX8，即允许于一定压力下长时间浸水，同时能抵抗C4环境的化学腐蚀，即可以在中等含盐度的工业区长时间工作。

Description

一种管道机器人
技术领域
本发明涉及在管道内部运动的机器人，尤其是一种可进行勘探与清洁的管道机器人，属于管道机器人领域。
背景技术
目前大多数地区的地下市政管道经过改造后均层次多，高低落差大，不均匀；故遇到堵塞、泄露等管道故障时难以排查。传统定位方式主要分为两种：人工仪器测绘与地面机器人测绘。而人工操作耗时耗力，欲得到准确数值，还需进行多次测量，且管道的大部分以人力难以去够及；地面机器人测绘则精度低，多次扫描数据的精度拼接需使用GPS定位，对GPS信号有很强的要求。而管道多埋于地下0.7m以下，且多有金属覆盖，GPS信号偏弱。综上所述，最理想的测绘方式则是设计一种可进入管道内部的机器人，应用于市政排水管道快速视频勘察、隧道涵洞内部空间状况视频检测。且同时可加装清理装置，使其进入管道后也可行使排除管道阻塞的功能。
本发明采用的技术方案为一种管道机器人，包括轮子及其固定架1、固定架连接杆2、伸缩杆连接杆3、伸缩杆4、伸缩用步进电机5、固定架连接杆安装座6、电池仓7、万向旋转模块连接件8、水平轴旋转伺服电机9、伺服电机连接件10和垂直轴旋转伺服电机11。
轮子及其固定架1由轮子和轮子固定架组成，轮子通过一轴承连接在轮子固定架上；轮子固定架通过螺栓链接与固定架连接杆2相固定；固定架连接杆2与伸缩杆连接杆3在连接杆接点处用轴承连接；伸缩杆连接杆3与伸缩杆4用轴承连接；伸缩用步进电机5通过螺栓与伸缩杆连接杆3连接，同时在另一侧通过螺栓与柱体7连接；柱体7与固定架连接杆安装座6通过螺栓连接；固定架连接杆安装座6与固定架连接杆2通过轴承连接；万向旋转模块连接件8通过螺栓与柱体7连接，同时在另一侧通过螺栓连接水平轴旋转伺服电机9；水平轴旋转伺服电机9与伺服电机连接件10通过螺栓连接；伺服电机连接件10通过螺栓与垂直轴旋转伺服电机11相固定。
对于图1所示机器人，其右方向为前进方向，左方向为倒退方向初始状态下，4号伸缩杆处于伸长状态，使三个轮子组成的圆半径最小，易于放入管道和运输。当机器人进入管道后4号电机带动5号伸缩管缩短，使三个轮子贴紧管道管壁，此时三个轮子组成的圆半径与管道半径相同。
当机器人需要转向时，首先前进方向的三个轮子通过电机收紧半径，随后图3电机转向预定位置，需要注意的是，此时机器人仍在行进，当前半个机器人进入预定轨道后，缩小后面三轮半径，同时增加前面三个轮子的半径并使三个轮子贴紧管道管壁，从而将机器人“拉”进预定管道。
当机器人行走在竖直管道中时，前后轮同时贴紧内壁，利用轮与管壁间摩擦力推动机器人向上或向下运动。
本装置工作环境复杂多变，且多为人类无法工作的极端条件。为使机器人正常工作，本装置满足IPX8，即允许于一定压力下长时间浸水，同时能抵抗C4环境的化学腐蚀，即可以在中等含盐度的工业区长时间工作。
附图说明
图1是本发明整体结构图
图2是机器人轮部结构图
图3是中心电机连接图
图4是摄像头及其他传感器示意图
图中：1.轮子及其固定架，2.固定架连接杆，3、伸缩杆连接杆，4、伸缩杆，5、伸缩用步进电机，6、固定架连接杆安装座，7、电池仓，8、万向旋转模块连接件，9、水平轴旋转伺服电机，10、伺服电机连接件，11、垂直轴旋转伺服电机，12、摄像头及其他传感器。
具体实施方式
下面结合附图对机器人结构进行说明：
如图1所示，一种管道机器人，包括轮子及其固定架1、固定架连接杆2、伸缩杆连接杆3、伸缩杆4、伸缩用步进电机5、固定架连接杆安装座6、电池仓7、万向旋转模块连接件8、水平轴旋转伺服电机9、伺服电机连接件10和垂直轴旋转伺服电机11。
轮子及其固定架1由轮子和轮子固定架组成，轮子通过一轴承连接在轮子固定架上；轮子固定架通过螺栓链接与固定架连接杆2相固定；固定架连接杆2与伸缩杆连接杆3在连接杆接点处用轴承连接；伸缩杆连接杆3与伸缩杆4用轴承连接；伸缩用步进电机5通过螺栓与伸缩杆连接杆3连接，同时在另一侧通过螺栓与柱体7连接；柱体7与固定架连接杆安装座6通过螺栓连接；固定架连接杆安装座6与固定架连接杆2通过轴承连接；万向旋转模块连接件8通过螺栓与柱体7连接，同时在另一侧通过螺栓连接水平轴旋转伺服电机9；水平轴旋转伺服电机9与伺服电机连接件10通过螺栓连接；伺服电机连接件10通过螺栓与垂直轴旋转伺服电机11相固定。
对于图1所示机器人，其右方向为前进方向，左方向为倒退方向初始状态下，4号伸缩杆处于伸长状态，使三个轮子组成的圆半径最小，易于放入管道和运输。当机器人进入管道后4号电机带动5号伸缩管缩短，使三个轮子贴紧管道管壁，此时三个轮子组成的圆半径与管道半径相同。
当机器人需要转向时，首先前进方向的三个轮子通过电机收紧半径，随后图3电机转向预定位置，需要注意的是，此时机器人仍在行进，当前半个机器人进入预定轨道后，缩小后面三轮半径，同时增加前面三个轮子的半径并使三个轮子贴紧管道管壁，从而将机器人“拉”进预定管道。
当机器人行走在竖直管道中时，前后轮同时贴紧内壁，利用轮与管壁间摩擦力推动机器人向上或向下运动。
在本发明中，该管道机器人创新性地通过鱿鱼仿生，设计为一种三足式机器人，相较于现有的管道机器人而言，该机器人的优势有：一，在遇到“丁”字路口时，可以选择转向和直行两种功能；二，可以运动于水平转竖直的管道中。且同时具有抓地力强，可适应各种环境；可贴合管道，以适应不同直径管道的优点。
本发明解决了其他管道机器人在管道里不能转弯的问题。当机器人需要转向时，首先前进方向的三个轮子通过电机收紧半径，随后图3电机转向预定位置，需要注意的是，此时机器人仍在行进，当前半个机器人进入预定轨道后，缩小后面三轮半径，同时增加前面三个轮子的半径并使三个轮子贴紧管道管壁，从而将机器人“拉”进预定管道。

Claims (4)

1.一种管道机器人，其特征在于：包括轮子及其固定架、固定架连接杆、伸缩杆连接杆、伸缩杆、伸缩用步进电机、固定架连接杆安装座、电池仓、万向旋转模块连接件、水平轴旋转伺服电机、伺服电机连接件和垂直轴旋转伺服电机；
轮子及其固定架由轮子和轮子固定架组成，轮子通过一轴承连接在轮子固定架上；轮子固定架通过螺栓链接与固定架连接杆相固定；固定架连接杆与伸缩杆连接杆在连接杆接点处用轴承连接；伸缩杆连接杆与伸缩杆用轴承连接；伸缩用步进电机通过螺栓与伸缩杆连接杆连接，同时在另一侧通过螺栓与柱体连接；柱体与固定架连接杆安装座通过螺栓连接；固定架连接杆安装座与固定架连接杆通过轴承连接；万向旋转模块连接件通过螺栓与柱体连接，同时在另一侧通过螺栓连接水平轴旋转伺服电机；水平轴旋转伺服电机与伺服电机连接件通过螺栓连接；伺服电机连接件通过螺栓与垂直轴旋转伺服电机相固定。
2.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：初始状态下，伸缩杆处于伸长状态，使三个轮子组成的圆半径最小，易于放入管道和运输；当机器人进入管道后电机带动伸缩管缩短，使三个轮子贴紧管道管壁，此时三个轮子组成的圆半径与管道半径相同。
3.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：当机器人需要转向时，首先前进方向的三个轮子通过电机收紧半径，随后电机转向预定位置，此时机器人仍在行进，当前半个机器人进入预定轨道后，缩小后面三轮半径，同时增加前面三个轮子的半径并使三个轮子贴紧管道管壁，从而将机器人“拉”进预定管道。
4.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：当机器人行走在竖直管道中时，前后轮同时贴紧内壁，利用轮与管壁间摩擦力推动机器人向上或向下运动。
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