CN112709887A - 一种可变径管道检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可变径管道检测机器人，其在变径时对变径精度要求较低，适应性强，同时变径效率高，使用方便，主机机架上设置有：检测机构，设置于主机机架的前侧，用于对管道内部进行检测；行走机构，行走机构包括间隔布置在主体机架外周上的摆臂，摆臂与主体机架铰接连接，摆臂的最前端设置有轮脚；变径机构，变径机构包括能够转动的旋转轮槽盘，旋转轮槽盘上设置有导向槽，导向槽内设置有导动杆，旋转轮槽盘转动，带动导动杆在导向槽的限位下向外移动，导动杆与滑动杆相连接，滑动杆与弹簧支撑杆铰接连接，弹簧支撑杆的另一端与摆臂铰接连接；驱动机构，驱动机构能够驱动轮脚转动。
Description
技术领域
本发明属于管道检测设备技术领域，尤其涉及一种可变径管道检测机器人。
背景技术
近年来，随着国家工农产业的飞速发展，管道作为水、石油、天然气等资源的重要运输方式，其需求量逐年提高。但由于管道通常长年处于恶劣的工作环境下，受地质灾害、化学腐蚀等外在因素的影响，会发生管道内部损坏、管道泄漏甚至导致爆炸等严重危险事故，给人们生活带来严重隐患。传统的管道检测，所有的检测内容都是由工作人员亲自完成，存在一定的危险性，并且检测效率也不尽如人意。尤其对于内部比较狭窄的管道或者输送有毒气体的管道，检测人员根本不能进行任何检测，为了管道能够安全作业，研究新的管道检测技术己经成为管道运输行业的首要任务，而管道检测机器人的出现解决了管道工业的燃眉之急。它是一种可以沿着细小的管道内壁自动行走，自身可以携带多种传感器及操作结构，通过工作人员的远距离操控或计算机内部程序的智能操控下，进行管道的机、电、液一体化作业。具有运动灵活、检测方便、准确等优点，在工业经济花费上成本也是相对比较低的。
如公开号为CN202598023U的中国发明专利公开了可变径轮式管道机器人，该专利所述设备结构中使用连杆等刚性结构，在变径时对变径精度要求较高，否则容易对设备造成机械损坏；
如公开号为CN109140112A的中国发明专利公开了管道机器人及管道检测系统，该专利所述轮式机器人以中部轴向的直线移动机构带动连杆伸展多个轮脚，运动效率缓慢整个伸展动作要持续数十秒。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种可变径管道检测机器人，其在变径时对变径精度要求较低，适应性强，同时变径效率高，使用方便。
其技术方案是这样的：一种可变径管道检测机器人，包括主体机架，所述主机机架上设置有：
检测机构，设置于所述主机机架的前侧，用于对管道内部进行检测；
行走机构，所述行走机构包括间隔布置在所述主体机架外周上的摆臂，所述摆臂与所述主体机架铰接连接，所述摆臂的最前端设置有轮脚；
变径机构，所述变径机构包括能够转动的旋转轮槽盘，所述旋转轮槽盘上设置有导向槽，所述导向槽内设置有导动杆，所述旋转轮槽盘转动，带动所述导动杆在所述导向槽的限位下向外移动，所述导动杆与滑动杆相连接，所述滑动杆与所述弹簧支撑杆铰接连接，所述弹簧支撑杆的另一端与所述摆臂铰接连接，；
驱动机构，所述驱动机构能够驱动所述轮脚转动。
进一步的，所述驱动机构包括与所述轮脚同轴连接的同步带轮，所述摆臂上还设置有驱动轮，所述同步带轮和所述驱动轮之间套装有同步带，所述驱动轮连接有驱动电机，所述摆臂上还设置有张紧轮张紧所述同步带。
进一步的，所述弹簧支撑杆包括长杆和伸缩杆，所述伸缩杆上设有沿轴向设置的通孔，所述长杆的一端顺序套装弹簧和限位环后穿过所述通孔伸入所述伸缩杆中，所述伸缩杆上还设置有限位槽，限位块穿过所述长杆置于所述限位槽中与所述限位槽滑动配合。
进一步的，在所述主体机架上，对应位于所述滑动杆的两侧设置有导向限位块。
进一步的，所述检测机构包括壳体，所述壳体的下端设置有电滑环，所述壳体内设置有与所述电滑环相连接的旋转平台，所述旋转平台上设置有检测相机和照明光源，所述检测相机和所述照明光源的上端还设置有防护罩。
进一步的，所述检测相机和所述照明光源横向平行于所述旋转平台设置，所述检测相机和所述照明光源能够朝向管道的管壁。
进一步的，所述检测机构还包括温湿度传感器、超声波探头、热成像仪。
进一步的，所述主体机架的前部和后部，分别设置有所述变径机构和所述行走机构。
进一步的，所述行走机构至少包括三个沿所述主机机架的外周等间距安装的所述摆臂，位于所述主体机架前部的所述行走机构的摆臂与位于所述主体机架后部的所述行走机构的摆臂
错开设置，位于所述主体机架前部的所述行走机构的摆臂向后倾斜，位于所述主体机架后部的所述行走机构的摆臂向前倾斜。
进一步的，所述主体机架内设置有变径旋转电机、电机驱动器和脉冲发生器，所述主体机架的后端连接有电缆，所述电缆包括正负电源线、信号线与视觉传输线。
本发明的可变径管道检测机器人，变径机构通过旋转轮槽盘转动，导动杆在旋转轮槽盘上的导向槽的限位下向外移动，导动杆推动滑动杆同步向外移动，而滑动杆与弹簧支撑杆铰接连接，进而通过弹簧支撑杆带动轮脚展开，旋转轮槽盘只需要转动小角度既可以完成变径，运动效率高，变径速度快，同时，行走机构的轮脚采用弹簧支撑杆支撑，可以吸收变径误差，变径时对变径精度要求较低，适应性强，还可以提高胎面与管道的附着力，增强机器人的爬坡能力。
附图说明
图1为本发明的一种可变径管道检测机器人的示意图；
图2为本发明的行走机构和变径机构的示意图；
图3为本发明的变径机构的主视示意图；
图4为本发明的变径机构的侧视示意图；
图5为图4的A-A向的剖视示意图；
图6为本发明的行走机构和驱动机构的示意图；
图7为本发明的弹簧支撑杆的示意图；
图8为实施例中的检测机构的示意图；
图9为图8的D-D向的剖视示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
见图1-图9，本发明的一种可变径管道检测机器人，包括主体机架1，主机机架1上设置有：
检测机构2，设置于主机机架1的前侧，用于对管道内部进行检测；
行走机构3，行走机构3包括间隔布置在主体机架1外周上的摆臂301，摆臂301与主体机架铰接连接，摆臂301的最前端设置有轮脚302；
变径机构4，变径机构包括能够转动的旋转轮槽盘401，旋转轮槽盘401上设置有导向槽402，导向槽402内设置有导动杆403，旋转轮槽盘401转动，带动导动杆403在导向槽402的限位下向外移动，导动杆403与滑动杆404相连接，滑动杆404与弹簧支撑杆铰接连接，弹簧支撑杆6的另一端与摆臂301铰接连接，在主体机架1上，对应位于滑动杆404的两侧设置有导向限位块405；
驱动机构5，驱动机构5能够驱动轮脚302转动。
见图6，具体在本发明的一个实施例中，驱动机构5包括与轮脚302同轴连接的同步带轮501，摆臂301上还设置有驱动轮502，同步带轮501和驱动轮503之间套装有同步带503，驱动轮502连接有驱动电机504，摆臂301上还设置有张紧轮505张紧同步带，现有技术中的一些检测机器人，轮脚大量使用齿轮传动，容易造成轮脚处重量过重，在本实施例中，驱动机构使用同步带结构，满足传动要求的同时大幅减轻行走机构的轮脚的重量。
见图7，具体在本发明的一个实施例中，弹簧支撑杆6包括长杆601和伸缩杆602，伸缩杆602上设有沿轴向设置的通孔，长杆601的一端顺序套装弹簧603和限位环604后穿过通孔伸入伸缩杆602中，伸缩杆602上还设置有限位槽605，限位块606穿过长杆601嵌入限位槽605中与限位槽605滑动配合，长杆601和伸缩杆602之间通过弹簧603构成弹性连接。
见图8、9，具体在本发明的一个实施例中，检测机构2包括壳体201，壳体201的下端设置有电滑环202，壳体201内设置有与电滑环相连接的旋转平台203，旋转平台203上设置有检测相机204和照明光源205，检测相机204和照明光源205的上端还设置有防护罩206。
具体在本实施例中，检测相机204和照明光源205横向平行于旋转平台203设置，检测相机204和照明光源205能够朝向管道的管壁，在旋转平台203旋转带动下，检测相机204和照明光源205能够周向旋转，照明光源205进行打光，检测相机204可以完整的拍摄管道的内壁。
在本发明中，检测机构2为独立的可更换模块，可以根据实际需要加装其他装置以实现多种检测功能和简易的作业，譬如在其他实施例中，检测机构2还包括温湿度传感器、超声波探头、热成像仪，可以实现不同的管道检测和作业功能。
具体在本发明的一个实施例中，在主体机架的前部和后部，分别设置有变径机构4和行走机构3，行走机构3包括三个沿主机机架的外周等间距安装的摆臂301，位于主体机架1前部的行走机构的摆臂301与位于主体机架后部的行走机构的摆臂301错开设置，位于主体机架前部的行走机构的摆臂301向后倾斜，位于主体机架后部的行走机构302的摆臂向前倾斜。
另外，主体机架内设置有变径旋转电机、电机驱动器和脉冲发生器，主体机架的后端连接有电缆7，电缆包括正负电源线、信号线与视觉传输线。
本实施例中的可变径管道检测机器人在使用时，将机器人置于管道中后，变径机构通过旋转轮槽盘转动，导动杆在旋转轮槽盘上的导向槽的限位下向外移动，导动杆推动滑动杆同步向外移动，滑动杆与弹簧支撑杆铰接连接，进而通过弹簧支撑杆带动轮脚展开，直到轮脚分别与管道的内壁接触，其中旋转轮槽盘只需旋转120°即可完成伸展，花费时间仅6～8秒；完成变径后，驱动装置驱动驱动轮转动，通过同步带带动同步带轮转动，从而使得轮脚转动，检测机器人发生行进，在行进过程中，检测机构的检测相机和照明光源能够周向旋转，照明光源进行打光，检测相机可以完整的拍摄管道的内壁，进行管道检测。
本发明的可变径管道检测机器人，变径机构通过旋转轮槽盘转动，导动杆在旋转轮槽盘上的导向槽的限位下向外移动，导动杆推动滑动杆同步向外移动，而滑动杆与弹簧支撑杆铰接连接，进而通过弹簧支撑杆带动轮脚展开，旋转轮槽盘只需要转动小角度既可以完成变径，运动效率高，变径速度快，同时，行走机构的轮脚采用弹簧支撑杆支撑，可以吸收变径误差，变径时对变径精度要求较低，适应性强，还可以提高胎面与管道的附着力，增强机器人的爬坡能力。
本发明设计一种可变径轮式机器人，替代人员进入管道中检测内壁腐蚀区域和情况，本发明的可变径管道检测机器人的变径机构，可以快速完成变径过程，且弹簧支撑杆结构可以吸收多余变径量误差并转化为轮子对管壁的附着力，因此本专利所述机器人能够攀爬上升管道；轮脚处使用同步带传动，大幅降低机器人六足驱动轮脚的重量；此外本专利的机器人的检测模块为单独的可拆卸模块，能够通过搭载一些其他温湿度传感器、超声波探头、热成像等检测设备，实现不同的管道检测和作业功能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种可变径管道检测机器人，包括主体机架，其特征在于：所述主机机架上设置有：
检测机构，设置于所述主机机架的前侧，用于对管道内部进行检测；
行走机构，所述行走机构包括间隔布置在所述主体机架外周上的摆臂，所述摆臂与所述主体机架铰接连接，所述摆臂的最前端设置有轮脚；
变径机构，所述变径机构包括能够转动的旋转轮槽盘，所述旋转轮槽盘上设置有导向槽，所述导向槽内设置有导动杆，所述旋转轮槽盘转动，带动所述导动杆在所述导向槽的限位下向外移动，所述导动杆与滑动杆相连接，所述滑动杆与弹簧支撑杆铰接连接，所述弹簧支撑杆的另一端与所述摆臂铰接连接；
驱动机构，所述驱动机构能够驱动所述轮脚转动。
2.根据权利要求1所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：所述驱动机构包括与所述轮脚同轴连接的同步带轮，所述摆臂上还设置有驱动轮，所述同步带轮和所述驱动轮之间套装有同步带，所述驱动轮连接有驱动电机，所述摆臂上还设置有张紧轮张紧所述同步带。
3.根据权利要求1所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：所述弹簧支撑杆包括长杆和伸缩杆，所述伸缩杆上设有沿轴向设置的通孔，所述长杆的一端顺序套装弹簧和限位环后穿过所述通孔伸入所述伸缩杆中，所述伸缩杆上还设置有限位槽，限位块穿过所述长杆置于所述限位槽中与所述限位槽滑动配合。
4.根据权利要求1所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：在所述主体机架上，对应位于所述滑动杆的两侧设置有导向限位块。
5.根据权利要求1所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：所述检测机构包括壳体，所述壳体的下端设置有电滑环，所述壳体内设置有与所述电滑环相连接的旋转平台，所述旋转平台上设置有检测相机和照明光源，所述检测相机和所述照明光源的上端还设置有防护罩。
6.根据权利要求5所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：所述检测相机和所述照明光源横向平行于所述旋转平台设置，所述检测相机和所述照明光源能够朝向管道的管壁。
7.根据权利要求5所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：所述检测机构还包括温湿度传感器、超声波探头、热成像仪。
8.根据权利要求1所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：所述主体机架的前部和后部，分别设置有所述变径机构和所述行走机构。
9.根据权利要求1所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：所述行走机构至少包括三个沿所述主机机架的外周等间距安装的所述摆臂，位于所述主体机架前部的所述行走机构的摆臂与位于所述主体机架后部的所述行走机构的摆臂错开设置，位于所述主体机架前部的所述行走机构的摆臂向后倾斜，位于所述主体机架后部的所述行走机构的摆臂向前倾斜。
10.根据权利要求1所述的一种可变径管道检测机器人，其特征在于：所述主体机架内设置有变径旋转电机、电机驱动器和脉冲发生器，所述主体机架的后端连接有电缆，所述电缆包括正负电源线、信号线与视觉传输线。
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