CN110842900A - 一种管道机器人巡检系统及方法 - Google Patents

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刘书为
白晓斌
刘子瑞
张惠霞
杨烁
齐宏斌
赵克壮
郑文平
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Abstract

本发明公开了一种管道机器人巡检系统及方法，包括蛇形管道机器人，蛇形管道机器人通过通信光纤和敷设用绳连接至主控箱；所述蛇形管道机器人包括若干节单元模块，位于最前端的节单元模块自由端连接有用于安装管道作业工具的蛇头作业平台；所述节单元模块包括节外壳，节外壳外侧对称设置有第一防滑轮和第二防滑轮，节外壳的内部对称设置有分别用于驱动第一防滑轮和第二防滑轮的第一防水无刷电机和第二防水无刷电机，节外壳的内部还设置有用于为第一防水无刷电机和第二防水无刷电机供电的电池组。本发明能够实现长距离城市管道穿线、预埋穿线管道的验收勘察、清理管道内部杂物及对管道内部进行润滑减少摩擦力，提高效率，节约劳动力。

Description

一种管道机器人巡检系统及方法
技术领域
本发明涉及管道巡检领域，具体涉及一种管道机器人巡检系统及方法。
背景技术
随着城市电网的入地工程持续的展开，电力电缆线路也随着大幅度的增加，尤其是局部支线需要穿线的预埋钢管(或者PVC管)，这就给电缆运行维护单位提出了难题。同时信息技术和人工智能的发展，机器人技术的进步与发展越来越迅速。在各种机器人中，工业机器人应用较早，发展也较为成熟，且在汽车制造等行业得到广泛的应用。而在电力行业，一些工作在实施的过程中，人工的效率比较低下，重复性高且较为繁琐，另一些工作则因为环境恶劣、危险，容易对人身造成伤害。目前需要一种穿管机器人代替人工进行工作。主要解决长距离城市管道穿线的需求；预埋穿线管道的验收勘察；牵引穿线；清理管道内部杂物对管道内部进行润滑减少摩擦力等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管道机器人巡检系统及方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明能够实现长距离城市管道穿线、预埋穿线管道的验收勘察、清理管道内部杂物及对管道内部进行润滑减少摩擦力，提高效率，节约劳动力。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种管道机器人巡检系统，包括蛇形管道机器人，蛇形管道机器人通过通信光纤和敷设用绳连接至主控箱；所述蛇形管道机器人包括若干节单元模块，位于最前端的节单元模块自由端连接有用于安装管道作业工具的蛇头作业平台；所述节单元模块包括节外壳，节外壳外侧对称设置有第一防滑轮和第二防滑轮，节外壳的内部对称设置有分别用于驱动第一防滑轮和第二防滑轮的第一防水无刷电机和第二防水无刷电机，节外壳的内部还设置有用于为第一防水无刷电机和第二防水无刷电机供电的电池组。
进一步地，所述第一防滑轮和第二防滑轮以外八字形式设置在节外壳的外侧。
进一步地，第一防滑轮和第二防滑轮的外径大于节外壳的外径。
进一步地，所述节单元模块的首尾均设有万向头连接件，且相邻两个节单元模块的相邻万向头连接件之间通过连接销钉连接。
进一步地，管道作业工具为高清摄像装置及补光灯。
进一步地，管道作业工具为打磨头、钢刷或油刷。
一种管道机器人巡检方法，其管道作业工具安装在蛇形管道机器人的头部，主控箱内的主控制器通过通信光纤与蛇形管道机器人通信，传输巡检及蛇形管道机器人运动信号；通信光纤及敷设用绳收纳在自动收绳器内(自动收绳器在主控箱内)，通过通信光纤控制蛇形管道机器人在管道中运动，同时通过蛇头作业平台上设置的管道作业工具进行巡检(如探查管道内壁情况、去污、涂润滑油等)，蛇形管道机器人在运动过程中，通过控制第一节两侧的防滑轮的速度来控制蛇形管道机器人精确转向，通过调节节单元模块之间不同的转向时序实现蛇形管道机器人的蛇形蠕动，当巡检完毕后，主控箱内的自动收绳器通过敷设用绳将蛇形管道机器人回收。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用模块化设计，可以自由拼接其长度，节单元模块与节单元模块之间可以自由摆动，蛇头可以控制灵活转动，特别适应于小口径管道，解决了小口径、长距离穿管的难题，且根据动力需要，可以增加节单元模块数量，根据功能需求用户可以更换不同的蛇头作业平台上的管道作业工具，可更换打磨头对管道进行打磨减小摩擦；更换钢刷对附着物进行清理；更换油刷对管道进润滑处理等。
本发明节单元模块采用双无刷电机独立PWM调速控制。调节两个电机的旋转角速度差来控制机器人精确转向，通过调节节与节之间不同的转向时序来实现机器人的蛇形蠕动。从而能大幅提高机器人的负载能力。
本发明采用外八字脚轮进行驱动轮，行走方向稳定，且外轮直径大于机器人腔体直径使机器人可从任何方向接触到管壁，行走不受机器人重心的影响。
本发明方法能够解决长距离城市管道穿线的需求；预埋穿线管道的验收勘察；牵引穿线；清理管道内部杂物对管道内部进行润滑减少摩擦力，具体如下：
1)解决长距离城市管道穿线的需求；研发便携式穿管机器人系统，解决目前无法解决的小管道、长距离穿管工作提供一套新的方法和技术手段；
2)预埋穿线管道的验收勘察；全程可视操作勘察管道内部情况，解决电缆排管施工完成后无法对下管质量验收等工作；
3)牵引穿线、敷设绳子；
4)清理管道内部杂物、清洁功能、对管道内部进行润滑、减少摩擦力；该机器人能达到对管内进行润滑、清洁管道操作，减小电缆敷设时摩擦力，确保牵引电缆拉力符合规程要求。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为蛇形管道机器人立体结构示意图；
图3为相邻两个节单元模块连接位置示意图；
图4为节单元模块的内部结构示意图；
图5为蛇形管道机器人运动形态示意图；
图6为蛇形管道机器人俯视图；
图7为蛇形管道机器人侧视图。
其中，1、蛇形管道机器人；2、主控箱；3、通信光纤；4、敷设用绳；5、管道；6、节单元模块；7、蛇头作业平台；8、高清摄像装置；9、补光灯；10、连接销钉；11、万向头连接件；12、节外壳；13、第一防滑轮；14、第二防滑轮；15、第一防水无刷电机；17、电池组；18、第二防水无刷电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
参见图1至图7，一种管道机器人巡检系统，包括蛇形管道机器人1、主控箱2、通信光纤3、敷设用绳4。其中蛇形管道机器人1由多节节单元模块6与蛇头作业平台7组成。所述节单元模块6由节外壳12、第一防水无刷电机15、第一防滑轮13、第二防水无刷电机18、第二防滑轮14、电池组17组成。其中节单元模块6的节外壳12左右两侧对称设计，外壳表面与中心线设有倾角，第一防滑轮13与第二防滑轮14构成外八字脚有效提高行走稳定性，保障蛇形的管道机器人在管道5内运行摩擦力，其中第一防水无刷电机15、第二防水无刷电机18、电池组17设在节单元模块6内，高清摄像装置8、补光灯9设在蛇头作业平台7上。
节单元模块6两侧的第一防水无刷电机15和第二防水无刷电机18独立PWM调速控制，调节第一防水无刷电机15和第二防水无刷电机18的旋转角速度W来控制蛇形管道机器人1精确转向，通过调节节单元模块6与节单元模块6之间不同的转向时序来实现蛇形管道机器人1的蛇形蠕动，当上下轮角速差为正时，蛇形摆动如上图5，蛇形蠕动能大幅提高机器人的带载能力。
节单元模块6首、尾设有万向头连接件11，节单元模块6可以通过连接销钉10自由组装，蛇形管道机器人1由多节节单元模块6与蛇头作业平台7组成，其中节单元模块6不得少于2节，蛇头作业平台7与节单元模块6采用快装方式。根据用户使用需求，更换不同的管道作业工具旋转作业平台，可更换打磨头对管道进行打磨减小摩擦；更换钢刷对附着物进行清理；更换油刷对管道进润滑处理等。
蛇形管道机器人1与主控箱2通过通信光纤3、敷设用绳4双绳连接，从物理方法上冗余保障机器人的回收，蛇形管道机器人1至少由两个或两个以上节单元模块6组成。而每个节单元模块6分别设有电池组17，电池组每节由均衡器进行管理，构成多电源智能切换装置。保证负荷电源的可靠。
使用时，主控箱2通过通信光纤3控制蛇形管道机器人1在管道5中运动，同时通过蛇头作业平台7上设置的管道作业工具进行巡检，蛇形管道机器人1在运动过程中，通过控制第一防水无刷电机15和第二防水无刷电机18的旋转角速度来控制蛇形管道机器人1精确转向，通过调节节单元模块6之间不同的转向时序实现蛇形管道机器人1的蛇形蠕动，当巡检完毕后，主控箱2通过敷设用绳4将蛇形管道机器人1回收。

Claims (7)

1.一种管道机器人巡检系统，其特征在于，包括蛇形管道机器人(1)，蛇形管道机器人(1)通过通信光纤(3)和敷设用绳(4)连接至主控箱(2)；所述蛇形管道机器人(1)包括若干节单元模块(6)，位于最前端的节单元模块(6)自由端连接有用于安装管道作业工具的蛇头作业平台(7)；所述节单元模块(6)包括节外壳(12)，节外壳(12)外侧对称设置有第一防滑轮(13)和第二防滑轮(14)，节外壳(12)的内部对称设置有分别用于驱动第一防滑轮(13)和第二防滑轮(14)的第一防水无刷电机(15)和第二防水无刷电机(18)，节外壳(12)的内部还设置有用于为第一防水无刷电机(15)和第二防水无刷电机(18)供电的电池组(17)。
2.根据权利要求1所述的一种管道机器人巡检系统，其特征在于，所述第一防滑轮(13)和第二防滑轮(14)以外八字形式设置在节外壳(12)的外侧。
3.根据权利要求1所述的一种管道机器人巡检系统，其特征在于，第一防滑轮(13)和第二防滑轮(14)的外径大于节外壳(12)的外径。
4.根据权利要求1所述的一种管道机器人巡检系统，其特征在于，所述节单元模块(6)的首尾均设有万向头连接件(11)，且相邻两个节单元模块(6)的相邻万向头连接件(11)之间通过连接销钉(10)连接。
5.根据权利要求1所述的一种管道机器人巡检系统，其特征在于，管道作业工具为高清摄像装置(8)及补光灯(9)。
6.根据权利要求1所述的一种管道机器人巡检系统，其特征在于，管道作业工具为打磨头、钢刷或油刷。
7.一种管道机器人巡检方法，采用权利要求1所述的一种管道机器人巡检系统，其特征在于，主控箱(2)通过通信光纤(3)控制蛇形管道机器人(1)在管道(5)中运动，同时通过蛇头作业平台(7)上设置的管道作业工具进行巡检，蛇形管道机器人(1)在运动过程中，通过控制第一防水无刷电机(15)和第二防水无刷电机(18)的旋转角速度来控制蛇形管道机器人(1)精确转向，通过调节节单元模块(6)之间不同的转向时序实现蛇形管道机器人(1)的蛇形蠕动，当巡检完毕后，主控箱(2)通过敷设用绳(4)将蛇形管道机器人(1)回收。
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