CN112283493A - 一种柔性管道检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性管道检测机器人。本发明包括摄像头模块、前支撑模块、伸缩转向模块和后支撑模块，前支撑模块和后支撑模块之间连接伸缩转向模块，前支撑模块连接机器人前端的摄像头模块，摄像头模块能实时提供管道内画面情况。伸缩旋转模块主要由外部波纹管、内部波纹管以及折叠隔板构成了中心空腔室和三个环绕腔室，改变伸缩转向模块的三个环绕腔室可充气实现驱动器的伸缩和弯曲运动。前支撑模块和后支撑模块是由初始截面形状为空心柱状的弹性橡胶包裹构成，驱动主体套装在支撑架上，通过正压固定，负压收缩实现前后支撑模块的气压改变其直径的大小，本发明可在环境恶劣，管径变化的管道中工作，在柔顺性，灵活性，环境适应性上要比传统的刚性管道检测机器人有了很大改进，其前景非常广阔。
Description
技术领域
本发明属于柔性机器人技术领域，具体涉及一种柔性管道检测机器人。
背景技术
日常生活中绝大部分管道内部的不可见性及复杂性，给管道保护和检测工作带来巨大的困难，并且传统的刚体管道检测机器人在环境恶劣的管道中容易被腐蚀，且难以在管径发生变化、出现分叉的管道中工作，而柔体机器人由于自身固有的柔顺性，很大程度上适应各种管道形状，且不会被腐蚀，其结构大大弥补刚体管道监测机器人的不足。鉴于上述情况，有必要研究一种新型的柔性管道检测机器人以解决上述问题。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种柔性管道检测机器人，采用膨胀单元，伸缩转向模块组合方式制作了柔性管道检测机器人，并为其设计新的运动方式。
一种柔性管道检测机器人，包括摄像头模块（1）、检测摄像头（101）、嵌入式法兰（102）、前支撑模块（2）、弹性橡胶（201）、支撑架（202）、单相电磁阀（203）、伸缩转向模块（3）、前连接件（5）、主体腔室（305）、外部波纹管（304）、内部波纹管（301）、折叠隔板（303）、后连接件（5）和后支撑模块（4）。摄像头模块设置在机器人的顶端，摄像头模块主要包括嵌入式螺纹法兰、检测摄像头，可对管道内部进行实时成像，便于及时判断管道内部的变化以及内部的破损的位置，从而及时反馈给检测人员。前支撑模块通过支撑架螺纹与摄像头模块的嵌入式法兰盘连接。该模块为膨胀单元：空气的供应和排放来实现收缩和膨胀。运动时呈正压固定单元或负压收缩单元，每个膨胀单元包括单相电磁阀，弹性橡胶和支撑架，初始截面形状为空心柱状的弹性橡胶密封包围支撑架，两者之间连接单相电磁阀使得整个单元形成密封气室，支撑架上设有方形通孔，电磁阀一端插装连接于孔，连接到支撑架与弹性橡胶之间，气源对气室抽真空后，弹性橡胶直径减少，脱离固定支撑管道内壁，气源对气室充气后，弹性橡胶直径增大，贴合固定管道内壁，与管道壁的贴合程度非常高，使整个机器人处于稳定状态和适应管径的变化，前后相同的两个膨胀单元结构，以此使得整个机器人处于管道中央。前支撑模块和后支撑模块之间连接有伸缩转向模块，通过五孔法兰盘对前后支撑架两端的螺纹连接，伸缩转向模块主要包括前连接件、主体腔室、后连接件，主体腔室由外部的波纹管、内部的波纹管以及折叠隔板构成，外部波纹管的半径大于内部波纹管，折叠隔板的初始角度与外部、内部波纹管初始角度一致，并且将外部和内部波纹管形成的环形腔分成了三个相等的腔室，三个腔室通过软管可充气实现驱动器的伸缩、弯曲运动，中心通道可放置摄像头的线缆和气管。所述五孔法兰为端盖中心处有导通大孔用于连接气管、摄像头线缆和四个螺纹孔的法兰结构。前后支撑模块、伸缩转向模块的硅胶软管经连接件连接到外部气源。
与已有的技术相比，本发明具有以下优点。
1.伸缩转向模块采用三个折叠隔层将外部和内部波纹管形成的环形腔室分成三个腔室，通过向不同的腔室内充放气，可以实现全向弯曲、伸缩的运动。
2.伸缩转向模块采用波纹管结构实现变形层的伸长变形，在管道过程中其运动更稳定，并且在正压状态下，具有高收缩率，更大的运动距离。
3.前后支撑模块采用两组膨胀单元，与管道壁的贴合程度非常高，使整个机器人处于稳定状态和适应管径的变化，两个膨胀单元具有相同的结构，以此使得整个机器人处于管道中央。
4.摄像头模块可对管道内部进行实时成像，便于及时判断管道内部的变化以及内部破损的位置，从而及时反馈给检测人员。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一种柔性管道检测机器人整体结构示意图。
图2是摄像头模块的结构示意图。
图3是支撑模块的结构示意图。
图4是伸缩转向模块的结构示意图。
图5是五孔法兰示意图。
图6是前支撑模块的变形示意图。
图7是伸缩转向模块的伸长、弯曲运动示意图。
图8是本发明的一种柔性管道检测机器人运动示意图。
具体实施方法
本发明公开了一种柔性管道检测机器人，包括摄像头模块（1）、检测摄像头（101）、嵌入式法兰（102）、前支撑模块（2）、弹性橡胶（201）、支撑架（202）、单相电磁阀（203）、伸缩转向模块（3）、前连接件（5）、主体腔室（305）、外部波纹管（304）、内部波纹管（301）、折叠隔板（303）、后连接件（5）和后支撑模块（4）。摄像头模块设置在机器人的顶端，摄像头模块主要包括嵌入式螺纹法兰、检测摄像头。前支撑模块通过支撑架螺纹与摄像头模块的嵌入式法兰盘连接。前支撑模块和后支撑模块之间连接有伸缩转向模块，通过五孔法兰盘对前后支撑架两端的螺纹连接，伸缩转向模块主要包括前连接件、主体腔室、后连接件，主体腔室由外部的波纹管、内部的波纹管以及折叠隔板构成，外部波纹管的半径大于内部波纹管。所述五孔法兰盘为端盖中心处有导通大孔用于连接气管、摄像头线缆和四个螺纹孔的法兰结构。前后支撑模块、伸缩转向模块的硅胶软管经连接件连接到外部气源。
所述摄像头模块主要包括嵌入式螺纹法兰、检测摄像头。摄像头模块设置在机器人的顶端，可对管道内部进行实时成像，便于及时判断管道内部的变化以及内部破损的位置，从而及时反馈给检测人员。
所述前支撑模块通过支撑架螺纹与摄像头模块的嵌入式法兰盘连接。该模块为膨胀单元：空气的供应和排放来实现收缩和膨胀。运动时呈正压固定单元或负压收缩单元，每个膨胀单元包括单相电磁阀，弹性橡胶和支撑架，初始截面形状为空心柱状的弹性橡胶密封包围支撑架，两者之间连接单相电磁阀使得整个单元形成密封气室，支撑架上设有方形通孔，电磁阀一端插装连接于孔，连接到支撑架与弹性橡胶之间，气源对气室抽真空后，弹性橡胶直径减少，脱离固定支撑管道内壁，气源对气室充气后，弹性橡胶直径增大，贴合固定管道内壁与管道壁的贴合程度非常高，使整个机器人处于稳定状态和适应管径的变化，前后相同的两个膨胀单元结构，以此使得整个机器人处于管道中央。
所述前支撑模块和后支撑模块之间连接有伸缩转向模块，通过五孔法兰盘对前后支撑架两端的螺纹连接，伸缩转向模块主要包括前连接件、主体腔室、后连接件，主体腔室由外部的波纹管、内部的波纹管以及折叠隔板构成，外部波纹管的半径大于内部波纹管，折叠隔板的初始角度与外部、内部波纹管初始角度一致，并且将外部和内部波纹管形成的环形腔分成了三个相等的腔室，三个腔室可充气实现驱动器的伸缩、弯曲运动，中心通道可放置摄像头的线缆和气管，伸缩转向的功能采用波纹管结构实现变形层的伸长变形，与气动人工肌肉与相比，其运动更稳定，并且在正压状态下，具有高收缩率，更大的输出力。
所述柔性管道检测机器人在竖直管道中向上爬的工作过程如图5所示，包含以下步骤。
步骤0：前后支撑模块都接正压，前支撑模块和后支撑模块充气膨胀，进而抵住管道内壁，使柔性管道检测机器人在管道内无滑动。
步骤1：上支撑模块接大气压，由于上支撑模块内部气压大于大气压，上支撑模块此时放气状态，与管道脱离接触。
步骤2：伸缩转向模块的三个气腔接正压，进而气腔膨胀，伸缩转向模块此时伸长，使上支撑模块向上运动。
步骤3：上支撑模块接正压，上支撑模块此时为膨胀状态，再次顶住管道内壁。
步骤4：下支撑模块接大气压，由于下支撑模块内部气压大于大气压，下支撑模块此时放气状态，与管道脱离接触。
步骤5：伸缩转向模块的三个气腔接负压，进而气腔收缩，伸缩转向模块此时收缩，使下支撑模块向上运动。
步骤6：下支撑模块接正压，下支撑模块此时膨胀状态，再次抵住管道内壁；
重复步骤1-6，柔性管道检测机器人可以在竖直管道内向上运动。
柔性管道机器人在水平管道中运动与在竖直管道中运动的步骤一致。
如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种柔性管道检测机器人，其特征在于，包括摄像头模块（1）、检测摄像头（101）、嵌入式法兰（102）、前支撑模块（2）、弹性橡胶（201）、支撑架（202）、单相电磁阀（203）、伸缩转向模块（3）、前连接件（5）、主体腔室（305）、外部波纹管（304）、内部波纹管（301）、折叠隔板（303）、后连接件（5）和后支撑模块（4），其特征在于：摄像头模块设置在机器人的顶端，通过嵌入式法兰盘与支撑架螺纹连接前支撑模块，前支撑模块和后支撑模块之间连接有伸缩转向模块，通过五孔法兰盘对前后支撑架螺纹连接；前支撑模块和后支撑模块结构完全相同。
2.如权利要求1所述的柔性管道检测机器人，其特征在于，摄像头模块主要包括嵌入式螺纹法兰、检测摄像头。摄像头模块设置在机器人的顶端，可对管道内部进行实时成像，便于及时判断管道内部的变化以及内部破损的位置，从而及时反馈给检测人员。
3.如权利要求1所述的柔性管道检测机器人，其特征在于，前支撑模块通过支撑架螺纹与摄像头模块的嵌入式法兰盘连接。该模块为膨胀单元：空气的供应和排放来实现收缩和膨胀。运动时呈正压固定单元或负压收缩单元，每个膨胀单元包括单相电磁阀，弹性橡胶和支撑架，初始截面形状为空心柱状的弹性橡胶密封包围支撑架，两者之间连接单相电磁阀使得整个单元形成密封气室，支撑架上设有方形通孔，电磁阀一端插装连接于孔，连接到支撑架与弹性橡胶之间，气源对气室抽真空后，弹性橡胶直径减少，脱离固定支撑管道内壁，气源对气室充气后，弹性橡胶直径增大，贴合固定管道内壁与管道壁的贴合程度非常高，使整个机器人处于稳定状态和适应管径的变化，前后相同的两个膨胀单元结构，以此使得整个机器人处于管道中央。
4.如权利要求1所述的柔性管道检测机器人，其特征在于，前支撑模块和后支撑模块之间连接有伸缩转向模块，通过五孔法兰盘对前后支撑架两端的螺纹连接，伸缩转向模块主要包括前连接件、主体腔室、后连接件，主体腔室由外部的波纹管、内部的波纹管以及折叠隔板构成，外部波纹管的半径大于内部波纹管，折叠隔板的初始角度与外部、内部波纹管初始角度一致，并且将外部和内部波纹管形成的环形腔分成了三个相等的腔室，三个腔室可充气实现驱动器的伸缩、弯曲运动，中心通道可放置摄像头的线缆和气管，伸缩转向的功能采用波纹管结构实现变形层的伸长变形，与气动人工肌肉与相比，其运动更稳定，并且在正压状态下，具有高收缩率，更大的输出力。
5.如权利要求1所述的柔性管道检测机器人，其特征在于，所述五孔法兰盘为端盖中心处有导通大孔用于连接气管、摄像头线缆和四个螺纹孔的法兰结构。
6.如权利要求1所述的柔性管道检测机器人，其特征在于，前后支撑模块、伸缩转向模块的硅胶软管经连接件连接到外部气源。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| CN116237321A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-06-09 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种柔性管道机器人 |
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