CN112228698A - 斜向轮式转向管道机器人 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种斜向轮式转向管道机器人，包括：两个斜向滚轮组，这两个斜向滚轮组在非转向状态下彼此平行；呈反向对称布置的两个固定支架，每个固定支架包括侧板和两平行横梁；万向节连接件；万向节；两个驱动电机，这两个驱动电机的输出轴端分别连接至两个斜向滚轮组之一；以及两个转向推杆，这两个转向推杆被连接在两个固定支架的侧板之间。该斜向轮式转向管道机器人采用双驱斜向滚轮结构，滚轮轴径与管道轴径形成夹角，藉由滚轮滚动期间所生成的轴向摩擦分力来驱动管道机器人前进。另外，该斜向轮式转向管道机器人的滚轮轮毂采用的是多幅式分支结构，各辐条均能够单独地控制各自相应的橡胶轮径向伸缩，因而具有自适应管径大小变化的能力。

Description

斜向轮式转向管道机器人

技术领域

本申请涉及管道机器人领域，尤其涉及一种斜向轮式转向管道机器人。

背景技术

提供本章节以便以简化形式介绍本申请所属技术领域的某些现有技术。

无论是市政管道还是气液输送管道，当管道内部存在缺陷或损伤时，作业人员无法知道管道内部损伤程度及损伤位置。尤其，对于气液输送管道，需要提前检测其内部损伤程度，以防造成气液泄漏等严重事故。管道内部的检测受到检测环境、管道尺寸等因素的影响，这导致人工检测的操作难度大且检测效率低，甚至存在人工无法检测的情况。

管道的种类繁多，包括给水管道、排水管道、燃气管道、热力管道、电力电缆、海底管线等。排水管道一般包括小口径和大口径管道，其中小口径管道多数是波纹管，大口径管道多数采用混泥土管材。通常，管道的连接是纵横交错的，管道通向并非仅有水平直线方向，管道存在交叉口，甚至存在直角拐角。

然而，现有技术的检测管道机器人无法同时满足：既能实现拐弯、尤其是实现直角拐弯，又能在内壁非平滑的管道内（例如，在波纹管道内）畅通地行走，还能在机器人主体部分上留有搭载足够检测设备的空间。

例如，授权公告号为CN210566984U的中国实用新型专利，其公开了一种自适应自主转向的轮式管道机器人。该轮式管道机器人包括：箱体、弹性伸缩臂、第一驱动机构、连接机构、行星轮系机构、蜗轮蜗杆机构、皮带传动机构、第二驱动机构、第一制动器和第二制动器。通过弹性伸缩臂绕竖直轴的旋转和蜗轮蜗杆机构将动力通过涡轮传递至皮带传动机构的滚轮，使滚轮沿管壁向前运动，实现机器人的转弯。该轮式管道机器人尽管实现了管道机器人自主转向，但却存在以下不足。一方面，该轮式管道机器人的行星轮与蜗轮蜗杆制造成本高，实现转向功能的结构相当复杂，实现大角度转向的难度较大。另一方面，该轮式管道机器人的结构紧凑，检测设备的搭载空间十分有限。再一方面，使弹簧伸长或缩短以适应管径变化是通过滚轮在竖直方向上受到管壁的挤压或放松，进而带动长连杆和短连杆分别转动从而推动连杆支撑座在连接柱上移动而实现的，这种被动适应管径变化的实施方式难以计及因管道内较大异物造成的管径的不规则突变和管道的十字交叉场景，且暴露的弹簧的形变易受管道内异物的影响（例如，异物嵌入或卡入弹簧以致弹簧无法正常形变）。

又例如，授权公告号为CN103672294B的中国发明专利，其公开了一种螺旋式管道机器人。该螺旋式管道机器人包括对称布置的行走组件，两套行走组件之间设置有控制组件，行走组件与控制组件之间通过伸缩节和万向节连接，行走组件由安装架内的电机驱动旋转架，从而驱动旋转架上驱动滚轮机构螺旋前进，行走组件与控制组件上均装有导向滚轮机构；滚轮机构通过弹性支撑臂套接在套筒内，在弹性支撑臂内设有多个深度依次递增的外部弹簧通道和内部弹簧通道，外部弹簧通道用于压缩并释放固定在套筒底部的弹簧，内部弹簧通道设有压力可调的密闭空间，通过单向泄压口的设置调节密闭空间的压力。尽管该螺旋式管道机器人能够适应管道内径的变化，但是其仅计及了管道机器人在管道直径渐变的情况下的运行平稳性，而在实际作业中，渐变的管道直径未免过于理想化。另外，当管道机器人在管道内行走遇到障碍物时，某个滚轮受到摩擦卡住，这时滚轮机构以该被卡的滚轮为支点，绕着其轴心沿管道前进方向旋转，由此变换各个滚轮的相对位置，从而可以越过障碍物；然而这种采用三轮式滚轮机构的实施方式仅计及了尺寸比滚轮机构中两个毗邻滚轮之间的距离小的微小管道异物的情形，因而该管道机器人的越障能力也十分有限且并不适合在波纹管道中作业。

再例如，授权公告号为CN106015831B的中国发明专利，其公开了一种驱动轮转向可控的轮式管道机器人，主要由前后各两弹性臂单元与躯体组成。两前臂单元上分别设置有驱动电机，驱动机器人向前或向后运动；利用差速控制，机器人可以高效平稳地通过弯管。机器人躯体内设置有驱动轮转向变向机构，通过同时调节四个驱动轮与管道截面的夹角，快速调节机器人在管道内的姿态。尽管该轮式管道机器人实现了机器人在管道内的姿态调节，但由于其四个驱动轮与管道截面的夹角是由驱动轮转向变向机构同时驱动的，因此仅能沿着管道作直线运动、绕管道轴线作螺旋运动、或在管道内壁上作回转运动，而难以顺畅地通过管道的交叉口。另外，该轮式管道机器人的结构简单且紧凑，仅能搭载两个摄像机。处于机器人前部中间位置的摄像机在前行过程中拍摄的图像通过处理后用于粗略查探管道情况，当发现管道存在损伤等缺陷时，此时机器人就地作回转运动，位于躯体后箱盖上的另一个摄像机开始工作，用于精确查探管道情况。然而，在管道存在损伤（例如，坑洼、破损等）之处，机器人可能根本无法就地在管道内壁上作回转运动，因而可能无法达到预期的检测效果与准确度。

为了改善现有管道机器人在管道中，尤其是在波纹管道中进行作业的性能，本申请公开了一种斜向轮式转向管道机器人。

发明内容

提供本章节以便以非限制性的形式介绍以下将在具体实施方式章节中进一步描述的概念的选集。本章节并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本说明书的任一部分中提及的任何或所有缺点的实现。

本发明的第一方面提供了一种斜向轮式转向管道机器人，包括：两个斜向滚轮组，该两个斜向滚轮组在非转向状态下彼此平行且该斜向滚轮组的轴线与该斜向轮式转向管道机器人的轴线成第一角度；两个固定支架，该两个固定支架呈反向对称布置，每个固定支架包括侧板和两平行横梁，该两平行横梁呈带第二角度的转角的平行轨道布置；万向节连接件，该万向节连接件的第一端连接至该两个固定支架中的第一固定支架的侧板上；万向节，该万向节的第一端连接至该万向节连接件的第二端，该万向节的第二端连接至该两个固定支架中的第二固定支架的侧板上；两个驱动电机，该两个驱动电机分别被定位在该第一固定支架和该第二固定支架的横梁的远离侧板的横梁区段处，并且该两个驱动电机的输出轴端分别连接至该两个斜向滚轮组之一；至少两个转向推杆，该至少两个转向推杆被连接在该第一固定支架和该第二固定支架的侧板之间。

在一实施例中，该第一固定支架和该第二固定支架的侧板的中心轴顶端设置有带孔口的凸板；该第一固定支架和该第二固定支架的侧板设置有呈镜像布置的侧边孔，其中该孔口和该侧边孔连接有万向球接头，用以将该至少两个转向推杆分别连接在该孔口之间和该侧边孔之间。

在一实施例中，该两个斜向滚轮组中的每一者包括多幅轮毂；其中该多幅轮毂的每根辐条包括：橡胶轮、笔式电动推杆、T型杆和压紧盖。

在一实施例中，该多幅轮毂的每根辐条上均设置有供安装该笔式电动推杆的嵌入槽，该笔式电动推杆被安装为嵌入到相应的嵌入槽中，该压紧盖被配置成压紧相应的笔式电动推杆，该笔式电动推杆的推杆端与相应T型杆的杆端铰接，该T型杆的另一端嵌入到相应橡胶轮的槽中。

在一实施例中，如前所述的斜向轮式转向管道机器人，还包括：控制盒，该控制盒被固定在该第一固定支架和该第二固定支架中的一者的横梁的靠近侧板的横梁区段处；以及检测设备架，该检测设备架被固定在该第一固定支架和该第二固定支架中的另一者的横梁的靠近侧板的横梁区段处。

在一实施例中，避碰声呐被安装在该控制盒的靠近侧板的一侧的相对侧上。

在一实施例中，避碰声呐被安装在该检测设备架的靠近侧板的一侧的相对侧上，在该相对侧的上下左右四个侧面上还安装有：射线探伤仪、摄像机、或其组合。

在一实施例中，各个笔式电动推杆上均安装有推力传感器，以使得相应笔式电动推杆能被单独控制。

本发明的第二方面提供了一种用于如前所述的斜向轮式转向管道机器人行走并通过管道交叉口处的弯道的方法，包括以下步骤：该斜向轮式转向管道机器人在管道中直线行走，此时两个斜向滚轮组彼此平行并且该避碰声呐持续地探通该管道的内壁；该避碰声呐检测到该管道的交叉口并发出反馈信号；响应于该避碰声呐发出的反馈信号而确定转向方向；响应于所确定的转向方向而致使该至少两个转向推杆中的远离所确定的转向方向的转向推杆伸出且致使该至少两个转向推杆中的靠近所确定的转向方向的转向推杆收缩，直到完成转向并恢复转向推杆的伸出与收缩量。

在一实施例中，当该斜向轮式转向管道机器人在该管道中直线行走时，由与该两个斜向滚轮组中的前方的一个斜向滚轮组相配的电机来驱动该斜向轮式转向管道机器人前进。

在一实施例中，当该斜向轮式转向管道机器人开始转向时，关闭与该前方的一个斜向滚轮组相配的该电机并由与该两个斜向滚轮组中的后方的一个斜向滚轮组相配的电机来驱动该斜向轮式转向管道机器人完成转向。

本申请的斜向轮式转向管道机器人采用双驱斜向滚轮结构，滚轮轴径与管道轴径形成夹角，藉由滚轮滚动期间所生成的轴向摩擦分力来驱动管道机器人前进。本申请的斜向轮式转向管道机器人适于通过管道交叉口处的弯道并且尤其适于通过管道交叉口处的大角度的弯道。本发明采用万向节作为柔性连接，利用推杆驱动机器人前部分朝所需方向转动，从而实现机器人的转向。

另外，本申请的斜向轮式转向管道机器人的滚轮轮毂采用的是多幅式分支结构，各辐条均能够单独地控制各自相应的橡胶轮径向伸缩，因而具有自适应管径大小变化的能力。采用多幅式分支结构的优点还在于，橡胶轮与橡胶轮之间存在间隙，使得管道机器人能够顺畅地跨越管道内的小型凸出障碍物，尤其适合于在波纹管道内行走。

附图说明

当结合附图理解下面的具体实施方式时，本申请的特征、本质和优点将变得容易理解。需要注意，所描述的附图是示意性的并且还是非限制性的。在附图中，一些部件的尺寸被缩放或者出于解说性的目的而不按比例绘制。在附图中：

图1示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人的等轴侧视图；

图2示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人直线行走状态的俯视图；

图3示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人中所包括的固定支架的示图；

图4示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人中所包括的检测设备架的等轴侧视图；

图5示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人中所包括的检测设备架的A向视图；

图6示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人的滚轮组之一的示图；

图7示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人的滚轮组之一的裂解图；

图8示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人的滚轮组中所包括的T型杆的示图；

图9示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人在交叉管道处向右转动的等轴侧视图；

图10示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人在交叉管道处向右转动的俯视图；

图11示意性地解说了用于本文所描述的斜向轮式转向管道机器人行走并通过管道交叉口处的弯道的方法。

附图标记列表：

1.滚轮组 2.电机 3.控制盒 4a、4b.第一、第二固定支架 5（5a、5b）.转向推杆 6.万向节 7.检测设备架

201.平键 401.侧板 402.横梁 501.万向球接头 601.万向节连接件 602.销钉

101.多幅轮毂 102.橡胶轮 103.笔式电动推杆 104.T型杆 105.压紧盖

1011.电动推杆嵌入槽 1012.电动推杆固定孔 1013.凸台

701.设备框架 702.射线探伤仪 703.摄像机 704. 避碰声呐

8.交叉管道。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合示例性实施例，并参考附图来对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所描述的示例性实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的至少部分细节的情况下实践所描述的实施例。在一些示例性实施例中，简化或省略了对公知的结构、方法步骤和技术手段等的描述，以免混淆本申请构思的新颖性和创造性方面。

需要注意，尽管附图中示出了本申请的示例性实施例，但本领域技术人员应当能够领会，可按照与所描述的示例性实施例等同的各种形式及变体来实现各实施例，而毋需受到所描述的示例性实施例的限制。换言之，提供这些示例性实施例只是为了使本领域技术人员能够更透彻地理解本申请构思，以及相应地将本申请的范围完整地传达给本领域技术人员和公众。

还需要注意，除非另有说明，否则本申请所使用的技术术语或者科学术语应具有本领域技术人员所普遍理解的意义和含义。在本申请的上下文中，当所使用的技术术语或者科学术语与前述普遍理解的意义和含义确有偏差时，以本申请为准。

还应当领会，贯穿本申请文本，当提及“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”等方位词时，其旨在描述相关组件在相应附图中相对于彼此的布置和取向，而并不旨在构成对相关组件的布置和取向的限制。

需要注意的是，本申请所描述的各具体实施方式并不局限于解决在本章节中指出的现有技术中的缺陷和不足的实现，并且本申请所要求保护的技术方案以所附权利要求书为准。

现在参考图1和图2。本申请的斜向轮式转向管道机器人包括两个斜向滚轮组1（简称滚轮组1），这两个滚轮组在非转向状态下彼此呈平行布置，并且滚轮组的轴线R与斜向轮式转向管道机器人的轴线v（即，机器人在非转向状态下沿直线行进的方向）成一角度α。需要注意的是，此处所述的“非转向状态”意指斜向轮式转向管道机器人沿直线行走时或处于出厂设置下的状态，斜向轮式转向管道机器人在该非转向状态下不做出涉及转向的动作或姿态。

斜向轮式转向管道机器人还包括驱动电机2、控制盒3、固定支架（在此示例中，包括第一固定支架4a和第二固定支架4b）、转向推杆5（包括转向推杆5a和5b）、万向节6和检测设备架7。在本申请的实施例中，滚轮组1与电机2的输出轴端通过平键201连接。滚轮组1与电机输出轴轴向无相对运动。由此，前面提到的滚轮组的轴线R指的是电机2的输出轴所在的方向。平键的具体类型可由本领域技术人员基于电机输出轴端的形状因子、滚轮组与电机输出轴端的连接部（例如，凸台）属性等因素来进行选择。需要注意的是，此处所述的“平行”意指当斜向轮式转向管道机器人初始在直线管道中行走时的两个滚轮组彼此之间的位置关系。

在本申请的一实施例中，固定支架包括第一固定支架4a和第二固定支架4b。以第一固定支架4a为例，参见图3，第一固定支架4a包括固定侧板401和两个平行横梁402，侧板401与横梁402所在平面垂直，两个横梁402呈带第二角度的转角的平行轨道布置，即远离侧板401的平行横梁区段与靠近侧板401的平行横梁区段成夹角布置，靠近侧板401的平行横梁区段的长度相等。由此，侧板401与远离侧板401的横梁区段末端所成角度与横梁402的转角β（该转角在图中被示为钝转角）互补。进一步，在非转向状态下，角度β的补角与角度α互为余角。为清楚起见，在图2中示出了角度α、角度β、滚轮组的轴线R、斜向轮式转向管道机器人的轴线v的几何关系。

在本申请的一实施例中，第一固定支架4a与第二固定支架4b呈反向对称布置，其结构区别在于，第一固定支架4a上的侧板401的中心轴处的两孔呈上下布置（例如，如图3所描绘的），而第二固定支架4b上的侧板401的中心轴处的两孔则呈左右对称布置，如图1所示。

在本申请的一实施例中，电机2固定在第一固定支架4a的远离侧板401的横梁区段处，以使得电机的输出轴杆与横梁402的远离侧板401的横梁区段垂直且电机的输出轴杆平行于横梁402所在平面。将电机2固定在第一固定支架4a的远离侧板401的横梁区段处的方式可包括铰接、插接、铆接、螺纹连接、焊接、胶接等，具体的固定方式可由本领域技术人员基于电机底座的形状因子、电机底座的材质、固定支架的材质、电机与固定支架的连接部属性等因素来进行选择。

在本申请的一实施例中，控制盒3固定在第一固定支架4a的靠近侧板401的横梁区段处，以使得控制盒3的靠近侧板的一侧与第一固定支架4a的侧板401平行，如图1和图2所示。将控制盒3固定在第一固定支架4a的靠近侧板401的横梁区段处的方式可包括铰接、插接、铆接、螺纹连接、焊接、胶接等，具体的固定方式可由本领域技术人员基于控制盒的形状因子、控制盒的材质、固定支架的材质、控制盒与固定支架的连接部属性等因素来进行选择。在本申请的一实施例中，控制盒3的远离侧板的一侧（即，控制盒3的靠近侧板的一侧的相对侧）安装有避碰声呐704，用以探通管道并提供反馈信号。

如本领域已知的，避碰声呐的原理在于由声呐发射出一定频率的声波，声波以发射点为中心，向四周360°的范围发散出去。在声波遇到物体之际发生声波反射，声呐接收到反射信号后，通过频率整合来判断管道内哪些地方是管壁、以及距管壁的距离，并由此确定管道转弯处的具体位置。

结合图3再来参考图1和图2。在本申请的一实施例中，固定支架的每一者（即，第一固定支架4a和第二固定支架4b）的侧板401的中心轴顶端均有一带孔的凸板，这两个凸板上均设置有孔口，并且两个侧板401上均设置有侧边孔，侧边孔呈镜像对称布置，如图1所示。万向球接头501连接（例如，铰接、轴承连接等）至凸板上的孔口和侧边孔。第一固定支架4a的侧板401的中心轴处有上下布置的两孔，用以连接（例如，铰接、轴承连接等）万向节连接件601，万向节连接件601与万向节6的一端连接（例如，通过销钉602连接），万向节6的另一端进而连接至第二固定支架4b的侧板401的中心轴处的左右对称布置的两孔。万向节6上方以及侧旁的两个转向推杆5的一端分别与连接在第一固定支架4a上的万向球接头连接，而另一端则分别与连接在第二固定支架4b上的万向球接头连接，以使得两个转向推杆5以及万向节6（其与万向节连接件601连接）的轴心的连线大致呈L形，参考图3所描绘的。需要指出的是，一般地，转向推杆5与万向节6平行。

需要注意，上面描述的连接方式和连接部（例如，转向推杆、凸板、孔口、侧边孔等）的数目是示意性的，其等同替代方案和变体对于本领域技术人员而言是显而易见的。

现在参考图4和图5。在本申请的一实施例中，检测设备架7固定在第二固定支架4b的靠近侧板401的横梁区段处，而远离侧板401的横梁区段处则如第一固定支架4a那样布置有电机2和滚轮组1。同样，将检测设备架7固定在第二固定支架4b的靠近侧板401的横梁区段处的方式可包括铰接、插接、铆接、螺纹连接、焊接、胶接等，具体的固定方式可由本领域技术人员基于检测设备架的形状因子、检测设备架的底座材质、固定支架的材质、检测设备架与固定支架的连接部属性等因素来进行选择。

在一示例性实施例中，检测设备架7包括设备框架701、射线探伤仪702、摄像机703、避碰声呐704等。在一示例性实施例中，射线探伤仪702和摄像机703各四个，分别布置在图中A向的上下左右，避碰声呐704安装在设备框架701的A向方向。摄像机703用于观察管道是否有可见的损伤或破坏。射线探伤仪702用于探测管道是否存在不可见的裂缝或损伤，排除潜在的危险。避碰声呐704用于探通管道并测量机器人行进方向转向位置的距离，如上所述。具体而言，当机器人到达转向位置处，避碰声呐给出反馈信号以控制转向推杆，从而实现机器人的转向。

需要注意，上面描述的检测设备（例如，射线探伤仪、摄像机、避碰声呐等）的类型和数目是示意性的，其替代方案和变体可由作业人员基于实际作业场景酌情选取，因而其替代方案和变体对于本领域技术人员而言是显而易见的。

现在参考图6至图8。在本申请的一实施例中，滚轮组1包括多幅轮毂101、橡胶轮102、笔式电动推杆103、T型杆104和压紧盖105等。在本申请的一实施例中，多幅轮毂101为5幅轮毂，其中心设置有带平键槽的中心孔（例如，凸台1013），用以连接滚轮组与电机输出轴端。多幅轮毂101的每根辐条上均设置有供安装笔式电动推杆103的嵌入槽1011。在一示例性实施例中，将笔式电动推杆103安装为嵌入到相应的嵌入槽1011中，用螺钉把电动推杆103固定在轮毂上，再用压紧盖105压紧电动推杆，用螺钉紧固。在一示例性实施例中，电动推杆的推杆端与T型杆104的杆端铰接，T型杆的另一端嵌入橡胶轮102的槽中，并用四个螺钉对T型杆和橡胶轮进行紧固。

需要注意，上面描述的连接方式和连接部的数目是示意性的，其等同替代方案和变体对于本领域技术人员而言是显而易见的。

在本申请的一实施例中，滚轮组101上的各根辐条中的笔式电动推杆均是单独控制的，各个笔式电动推杆上均安装有推力传感器，根据管径的大小自动调节推杆的长度，以及自动调节推力的大小（推力过大，摩擦力过大，滚轮滚动困难，且耗能过大；推力过小，摩擦力不够，不利于机器人前行），具备自适应管道直径变化的能力。

需要注意的是，本申请中所提到的转向推杆（例如，转向推杆5）与笔式电动推杆（例如，笔式电动推杆103）在结构上可以是相同或类似的。在一实施例中，除在外套管内配备有驱动电机、螺杆组件和各级推杆之外，转向推杆还可配备有相应的推力传感器。在另一实施例中，转向推杆也可以不配备推力传感器，而是改为受控于由避碰声呐给出的反馈信号来控制相应转向推杆的行程以实现转向。

在本申请的一实施例中，橡胶轮102的外表面为圆弧轮廓，与管道壁的贴合表面带有波形条纹，使得能够增大表面摩擦力。各个橡胶轮的条纹区段的截面面积相等，两端无条纹区段的外表面为曲面轮廓，截面大小由两端逐步向条纹区段增大。无条纹区段的形变能力强，若凸出障碍物嵌入橡胶轮之间的空隙中，则此类配置的滚轮组在滚动过程中挣脱能力较强。此类配置的滚轮组尤其适合于在波纹管道内行走。鉴于滚轮组的各幅轮毂中的笔式电动推杆能被单独地控制，因此各笔式电动推杆可以同时收缩或同时伸长，使得滚轮组的外缘均匀地变小或变大。

如上所述，在没有形变或内壁较均匀的水平管道内，各个笔式电动推杆的受力都是均匀的，并且都会受到与管壁的作用力以便提供摩擦分力。然而，在遭遇到管壁内壁形状改变的情况下，在某一（些）轮毂触碰到形变（例如，障碍物或凹陷）之际，这一（些）轮毂中的笔式电动推杆便受到与其余笔式电动推杆相比不同的压力，此时相应推力传感器检测到压力的改变，并进而调节相应笔式电动推杆收缩或伸长，以便容适压力的改变，从而越过形变位点。

在本申请的实施例中，除如上所述的射线探伤仪、摄像机、避碰声呐、电机等外的电子设备（例如，电源、RF收发模块等）均可被安装在控制盒中。在一实施例中，控制盒充当用于控制避碰声呐、转向推杆等的控制中枢。然而，管道机器人作业时的信号处理任务可由位于控制盒的远程的计算设备（例如，位于管道外的计算设备）来处置，其中该远程计算设备经由搭载在管道机器人上的RF收发模块来从管道机器人所搭载的各种电子设备接收上行链路数据信号并且向管道机器人的控制盒或直接向其所搭载的各种电子设备传送下行链路控制信号。

本申请达成了如下技术效果：

首先，通过避碰声呐的距离反馈，控制转向推杆伸长或压缩，实现了三维管路中的各种拐角处的转向；

其次，摄像机、射线探伤仪等检测设备可布置在检测设备架的四个或更多个方位上，使得能够全方位的拍摄或探测管道在圆周方向上的损伤情况，并且可配置成搭载适于不同作业的设备组件，设备搭载空间大；

再者，滚轮组的各根辐条上的笔式电动推杆能自主调节其长度和推力，从而自适应管道直径的变化；

最后，管轮组上的橡胶轮之间有一定距离，橡胶本身为柔性材料，具有较强的挣脱和越障能力，尤其适应于波纹管道。

示例性场景描述

参考图9和图10，图9示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人在交叉管道处向右转动的等轴侧视图，并且图10示出了本申请的斜向轮式转向管道机器人在交叉管道处向右转动的俯视图。

当机器人在管道内直线行走时，两个滚轮组之间处于平行状态，滚轮组与行走方向成一定的夹角，依靠滚轮滚动过程中产生的轴向推力分力，驱动机器人前进，转向推杆5a与5b的推杆行程均处于总行程一半左右的位置。该机器人的每个滚轮组由一个电机单独驱动。在直线行驶时，为了方便电机控制，可仅驱动其中任意一个电机，在机器人自身搭载电源的情况下节省了电力。

当机器人行走至管道交叉口并向所选方向（例如，可由操作员根据摄像机703所拍摄的画面、经由下行链路控制信号来确定所选方向，或者可由预编程指令来控制）转向时，以机器人向右转动为例，响应于避碰声呐发出的反馈信号，控制系统控制转向推杆5b的活塞杆伸出，转向推杆5a的活塞杆自由收缩（如参考图2所描绘），推动第一固定支架4a以及滚轮组1绕万向节轴心向右转动40-70度左右。转动角度过程中，因为前端滚轮组轴线与管道轴线夹角的变化，管道轴线方向的推力分力无法提供足够的动力，驱动效率会较低，所以，前方电机驱动关闭，可由后轮电机驱动，从而推动机器人转向运动。

参考图11，其示意性地解说了用于操作本文所描述的斜向轮式转向管道机器人以通过管道交叉口处的弯道的方法的步骤。

步骤m1：斜向轮式转向管道机器人在直线管道中行走，此时前后两个滚轮组1彼此平行并且避碰声呐704持续地探通管道内壁。

步骤m2：避碰声呐704检测到管道交叉口并发出反馈信号。

步骤m3：响应于避碰声呐704发出的反馈信号而确定转向方向。

步骤m4：响应于所确定的转向方向而致使远离所确定的转向方向的转向推杆伸出且致使靠近所确定的转向方向的转向推杆收缩，直到完成转向并恢复转向推杆的伸出与收缩量。

在一实施例中，当斜向轮式转向管道机器人在直线管道中行走时，由与前滚轮组1相配的电机来驱动斜向轮式转向管道机器人前进。

在一实施例中，当斜向轮式转向管道机器人开始转向时，关闭与前滚轮组1相配的电机并由与后滚轮组1相配的电机来驱动斜向轮式转向管道机器人完成转向。

需要指出的是，本文中所提到的术语“斜向轮式”旨在使得：一方面，相比于其中滚轮轴线与管道轴线垂直的传统直线轮式布置而言，采用斜向轮式布置的管道机器人的整体稳定性更好，即便整体重心偏离管道轴线，也不至于发生倾覆；另一方面，相比于其中滚轮与机器人主体处于同一平面并因而空间占比大的传统直线轮式布置而言，采用斜向轮式布置的管道机器人在设备主体平面上的空间占比显著减小，节省了管道机器人沿行进方向的尺寸，有利于小型化的实现。

贯穿说明书，当提及“本申请的一实施例”、“一示例性实施例”等时，意味着所描述的特征、结构或布置不仅可以被包括在该至少一个实施例中，而且还可以在一个或多个实施例中与其他特征、结构或布置以任何合适的方式联用。

贯穿本文档，当述及“第一”、“第二”等序数词时，其旨在意指结构、位置、逻辑等方面的相对关系，而并不旨在进行限定。

本领域的技术人员应当领会，可以在没有一个或多个具体细节的情况下或者可以利用其他方法、资源或材料等来实践这些实施例。在其他情况下，众所周知的结构、资源和材料未被明确示出，以免使附图变得冗杂且模糊本申请的构思。

虽然已经解说并描述了各实施例和应用，但是应当理解，所描述的实施例不限于上述精确配置和资源。在不脱离所要求保护的实施例的范围和精神的情况下，可以在本文中所公开的设备和方法的上下文中做出对本领域技术人员显而易见的各种修改、替换和改进。例如，本领域技术人员在得知本申请的构思之后，可以将滚轮组的5幅轮毂变换成n幅轮毂（例如，n=3, 4, 6……）。例如，本领域技术人员在得知本申请的构思之后，可以将转向推杆的行程（即，外套管内的各级推杆间的伸缩距离）配置成其大小与机器人前部分的转动角度范围相适配。又例如，本领域技术人员在得知本申请的构思之后，可以采用红外全向相机（或红外成像全向感知技术）来替代避碰声呐。再例如，本领域技术人员在得知本申请的构思之后，可以将左右布置的转向推杆改为上下布置（即，上、下转向推杆）以驱动斜向轮式转向管道机器人在管道交叉口处完成向上或向下拐弯。还譬如，可以在左右转向推杆布置的基础上再增设一个或多个推杆（诸如呈L形布置、∴（数学上的所以符号）形布置等）以实现管道交叉口处的上下左右四种转向，等等。

Claims (10)

1.斜向轮式转向管道机器人，包括：

两个斜向滚轮组，所述两个斜向滚轮组在非转向状态下彼此平行且所述斜向滚轮组的轴线与所述斜向轮式转向管道机器人的轴线成第一角度；

两个固定支架，所述两个固定支架呈反向对称布置，每个固定支架包括侧板和两平行横梁，所述两平行横梁呈带第二角度的转角的平行轨道布置；

万向节连接件，所述万向节连接件的第一端连接至所述两个固定支架中的第一固定支架的侧板上；

万向节，所述万向节的第一端连接至所述万向节连接件的第二端，所述万向节的第二端连接至所述两个固定支架中的第二固定支架的侧板上；

两个驱动电机，所述两个驱动电机分别被定位在所述第一固定支架和所述第二固定支架的横梁的远离所述侧板的横梁区段处，并且所述两个驱动电机的输出轴端分别连接至所述两个斜向滚轮组之一；

至少两个转向推杆，所述至少两个转向推杆被连接在所述第一固定支架和所述第二固定支架的侧板之间。

2.如权利要求1所述的斜向轮式转向管道机器人，其特征在于，

所述第一固定支架和所述第二固定支架的侧板的中心轴顶端设置有带孔口的凸板；

所述第一固定支架和所述第二固定支架的侧板设置有呈镜像布置的侧边孔，

其中所述孔口和所述侧边孔连接有万向球接头，用以将所述至少两个转向推杆分别连接在所述孔口之间和所述侧边孔之间。

3.如权利要求1所述的斜向轮式转向管道机器人，其特征在于，

所述两个斜向滚轮组中的每一者包括多幅轮毂；

其中所述多幅轮毂的每根辐条包括：橡胶轮、笔式电动推杆、T型杆和压紧盖。

4.如权利要求3所述的斜向轮式转向管道机器人，其特征在于，

所述多幅轮毂的每根辐条上均设置有供安装所述笔式电动推杆的嵌入槽，

所述笔式电动推杆被安装为嵌入到相应的嵌入槽中，所述压紧盖被配置成压紧相应的笔式电动推杆，

所述笔式电动推杆的推杆端与相应T型杆的杆端铰接，所述T型杆的另一端嵌入到相应橡胶轮的槽中。

5. 如前述权利要求中任一项所述的斜向轮式转向管道机器人，还包括：

控制盒，所述控制盒被固定在所述第一固定支架和所述第二固定支架中的一者的横梁的靠近侧板的横梁区段处；以及

检测设备架，所述检测设备架被固定在所述第一固定支架和所述第二固定支架中的另一者的横梁的靠近侧板的横梁区段处。

6.如权利要求5所述的斜向轮式转向管道机器人，其特征在于，避碰声呐被安装在所述控制盒的靠近侧板的一侧的相对侧上。

7.如权利要求5所述的斜向轮式转向管道机器人，其特征在于，避碰声呐被安装在所述检测设备架的靠近侧板的一侧的相对侧上，在所述相对侧的上下左右四个侧面上还安装有：射线探伤仪、摄像机、或其组合。

8.如权利要求4所述的斜向轮式转向管道机器人，其特征在于，各个笔式电动推杆上均安装有推力传感器，以使得相应笔式电动推杆能被单独控制。

9.一种用于如权利要求6或7所述的斜向轮式转向管道机器人行走并通过管道交叉口处的弯道的方法，包括以下步骤：

所述斜向轮式转向管道机器人在管道中直线行走，此时两个斜向滚轮组彼此平行并且所述避碰声呐持续地探通所述管道的内壁；

所述避碰声呐检测到所述管道的交叉口并发出反馈信号；

响应于所述避碰声呐发出的反馈信号而确定转向方向；

响应于所确定的转向方向而致使所述至少两个转向推杆中的远离所确定的转向方向的转向推杆伸出且致使所述至少两个转向推杆中的靠近所确定的转向方向的转向推杆收缩，直到完成转向并恢复转向推杆的伸出与收缩量。

10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，

当所述斜向轮式转向管道机器人在所述管道中直线行走时，由与所述两个斜向滚轮组中的前方的一个斜向滚轮组相配的电机来驱动所述斜向轮式转向管道机器人前进，以及

当所述斜向轮式转向管道机器人开始转向时，关闭与所述前方的一个斜向滚轮组相配的该电机并由与所述两个斜向滚轮组中的后方的一个斜向滚轮组相配的电机来驱动所述斜向轮式转向管道机器人完成转向。

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