CN113154181A - 一种用于管道检测与维修的柔性机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于管道检测与维修的柔性机器人，包括机体，所述机体内部的一侧设有摄像机构，所述摄像机构的一侧设有探头，所述机体内部靠近摄像机构的一侧设有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端设有第二锥齿轮，所述机体外侧的一侧设有三组安装座，三组所述安装座的内侧套设有螺纹杆，三组所述螺纹杆的外侧设有螺纹适配的内螺纹套管，两组所述内螺纹套管的底部设有贴边移动组件，一组所述内螺纹套管顶部的两端设有连接架；本发明通过贴边移动组件的相互配合，促使机器人得以根据不同大小的管道进行调节，使机器人本身沿绕管道的中心位置处游走移动，以增强探头实时检测所拍摄画面的质量和观察度。

Description

一种用于管道检测与维修的柔性机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种用于管道检测与维修的柔性机器人。

背景技术

工业管道系统已广泛应用于冶金、石油、化工及城市水暖供应等领域，工业管道的工作环境非常恶劣，长期使用后容易发生腐蚀、疲劳破坏或者使管道内部潜在缺陷发展成破损而引起泄漏事故等，有毒、有害、易燃易爆物品在失控状态下向大气泄漏、排放将严重影响人们正常的生产生活秩序，因此，必须定期地对管道进行检修和维护。

在对管道进行检测和维修时，由于管道的空间有限，一般采用机器人进入管道在管道内的正下方移动，进行实时检测，然而管道的内壁容易打滑，机器人在管道内移动难以保持良好的稳定性，并且根据管道的大小不同，位于管道下方的机器人难以将管道上方的壁面实时拍摄，增加机器人检测工作的局限性和不便；管道内容易产生大量的湿气，机器人在管道内游走时，湿气容易影响拍摄的画面，同时可能渗入机器人内部，导致机器人核心出现瘫痪，无法移动，降低机器人的防护功能，影响部件的使用寿命；在机器人对管道维修时，可能需要对管道夹持固定，然而普遍的机器人没有具备对管道夹持功能，从而增加管道维护检测工作的操作难度，降低机器人的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于管道检测与维修的柔性机器人，以解决上述背景技术中提出的管道进行检测和维修时，由于管道的空间有限，管道的内壁容易打滑，机器人在管道内移动难以保持良好的稳定性，并且根据管道的大小不同，位于管道下方的机器人难以将管道上方的壁面实时拍摄，增加机器人检测工作的局限性和不便；管道内容易产生大量的湿气，湿气容易影响拍摄的画面，同时可能渗入机器人内部，导致机器人核心出现瘫痪，无法移动，降低机器人的防护功能，影响部件的使用寿命；在机器人对管道维修时，可能需要对管道夹持固定，然而普遍的机器人没有具备对管道夹持功能，从而增加管道维护检测工作的操作难度，降低机器人的工作效率的问题。

技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于管道检测与维修的柔性机器人，包括机体，所述机体内部的一侧设有摄像机构，所述摄像机构的一侧设有探头，所述机体内部靠近摄像机构的一侧设有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端设有第二锥齿轮，所述机体外侧的一侧设有三组安装座，三组所述安装座的内侧套设有螺纹杆，三组所述螺纹杆的外侧设有螺纹适配的内螺纹套管，两组所述内螺纹套管的底部设有贴边移动组件，一组所述内螺纹套管顶部的两端设有连接架，且连接架的顶部排设有导轮组，一组所述螺纹杆外侧的底部和两组所述螺纹杆外侧的顶部套设有与第二锥齿轮相互啮合的第一锥齿轮，所述机体一侧的中间位置处设有加热除湿组件，所述机体两端的中间位置处设有安装槽，两组所述安装槽的一侧设有第三伺服电机，两组所述第三伺服电机的输出端设有双向丝杆，两组所述双向丝杆的外侧对称设有相互适配的内螺纹套块，同端两组所述内螺纹套块相互远离的一端铰接有铰接板，同端两组所述铰接板相互远离的一端铰接有弧形夹持座。

进一步地，所述贴边移动组件的底部设有安装架，两组所述安装架相互远离一端的中间位置处设有第二伺服电机，两组所述第二伺服电机的输出端设有主动齿轮，两组所述安装架外侧相互远离的一端设有内齿环，两组所述安装架两侧的两端套设有从动齿轮，同端两组所述从动齿轮以主动齿轮和内齿环相互啮合，两组所述内齿环的外侧设有相互连接的履带。

进一步地，所述加热除湿组件一侧的中间位置处设有暖风机，所述机体外侧的一侧设有环形滑槽，所述环形滑槽的内侧设有相互配合的滑块，两组所述滑块的一侧设有导流罩，所述导流罩内部一侧的中间位置处设有扇叶，所述机体顶部的一侧设有驱动电机，所述驱动电机的输出端设有齿轮，所述导流罩外侧的一侧设有与齿轮相互啮合的外齿环。

进一步地，所述机体内部靠近摄像机构一侧的顶部设有蓄电池，所述机体靠近摄像机构一侧的底部设有伸缩管，且伸缩管的底部设有连接座，而连接座的底部设有辅助轮，两组所述内螺纹套管的一侧设有与连接座相互连接的固定板，所述机体外侧的一侧设有防护圈，且防护圈与安装槽相互连接。

进一步地，一组所述安装座顶部的一侧与两组所述安装座底部的一侧设有限位导管，且限位导管的内侧套设有与三组内螺纹套管相互连接的限位导杆，三组所述安装座内部的中间位置处设有轴承座，且轴承座与螺纹杆相互连接。

进一步地，一组所述第一锥齿轮与螺纹杆位于机体顶部的中间位置处，两组所述第一锥齿轮与螺纹杆位于机体底部的两端呈斜型安置，所述第二锥齿轮与三组第一锥齿轮相互啮合适配。

进一步地，两组所述弧形夹持座相互远离的一端设有弧形防滑板，且弧形防滑板的外侧设有橡胶垫，两组所述弧形夹持座相互靠近一端的顶部和底部分别设有伸缩杆，且伸缩杆与机体相互连接。

进一步地，两组所述连接架与导轮组呈倾斜结构安置，两组所述安装槽相互远离的一侧开设有通槽，且通槽与铰接板相互适配。

进一步地，两组所述安装架相互远离一端的两侧设有对接孔，且对接孔相互远离的一端分别设有封闭板和固定件，两组所述安装架的外侧设有四组导套，且导套的内侧设有与内齿环相互适配的限位滑槽。

进一步地，所述导流罩内部的中间位置处设有与暖风机相互配合的导流腔，且导流腔的一侧设有与暖风机相互对应的过滤网。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种用于管道检测与维修的柔性机器人，具备以下有益效果：

1、本发明通过贴边移动组件的相互配合，促使机器人得以根据不同大小的管道进行调节，使机器人本身沿绕管道的中心位置处游走移动，以增强探头实时检测所拍摄画面的质量和观察度，同时在两组斜面安置的履带的驱动下进行移动，利用连接架与导轮组的导向效果下以及辅助轮的助力加持下使机器人整体得到稳定的导向限位功能，以防机器人产生打滑摔倒，有效的增强机器人移动期间的贴边性和安定性，增加机器人实际操作使用的灵活性。

2、本发明利用加热除湿组件的相互配合，促使机器人在移动的同时向后方排出烘干气体，将沿路的管道内壁提供加热气体，进而形成除湿功能，这样不仅提高管道后续维修的便捷性，同时保持探头画面的拍摄成效，增加机器人检测工作的防护措施，并在导流罩整体旋转的同时带动扇叶旋转，形成导流风，通过形成的导流风产生助推力，进一步提高机器人的移动速度，加强管道的检测效率。

3、本发明通过两组弧形夹持座的展开和收缩结构相互配合，可根据操作人员的使用需求将弧形夹持座展开与不同大小的管道两侧进行贴合，增加机器人对管道内壁的夹持定位功能，提高维护检修工作的操作性和维修效率，同时利用弧形夹持座呈不同幅度的展开系统，可对机器人两边形成平衡架，进一步提高机器人移动期间的稳定性和平衡性。

附图说明

图1为本发明的第一主视剖视图；

图2为本发明的第二主视剖视图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明的导流罩立体图；

图6为本发明的第一锥齿轮与第二锥齿轮侧视图；

图7为本发明的安装槽俯视剖视图；

图8为本发明的安装架背视图。

图中：1、机体；2、摄像机构；3、探头；4、第一伺服电机；5、安装座；6、安装架；601、主动齿轮；602、第二伺服电机；603、内齿环；604、履带；605、从动齿轮；7、内螺纹套管；8、螺纹杆；9、导流罩；901、环形滑槽；902、扇叶；903、暖风机；904、滑块；905、外齿环；906、齿轮；907、驱动电机；10、连接架；11、导轮组；12、第一锥齿轮；13、第二锥齿轮；14、安装槽；15、内螺纹套块；16、双向丝杆；17、第三伺服电机；18、弧形夹持座；19、铰接板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种用于管道检测与维修的柔性机器人，包括机体1，机体1内部的一侧设有摄像机构2，摄像机构2的一侧设有探头3，机体1内部靠近摄像机构2的一侧设有第一伺服电机4，第一伺服电机4的输出端设有第二锥齿轮13，机体1外侧的一侧设有三组安装座5，三组安装座5的内侧套设有螺纹杆8，三组螺纹杆8的外侧设有螺纹适配的内螺纹套管7，两组内螺纹套管7的底部设有贴边移动组件，一组内螺纹套管7顶部的两端设有连接架10，且连接架10的顶部排设有导轮组11，一组螺纹杆8外侧的底部和两组螺纹杆8外侧的顶部套设有与第二锥齿轮13相互啮合的第一锥齿轮12，机体1一侧的中间位置处设有加热除湿组件，机体1两端的中间位置处设有安装槽14，两组安装槽14的一侧设有第三伺服电机17，两组第三伺服电机17的输出端设有双向丝杆16，两组双向丝杆16的外侧对称设有相互适配的内螺纹套块15，同端两组内螺纹套块15相互远离的一端铰接有铰接板19，同端两组铰接板19相互远离的一端铰接有弧形夹持座18。

作为本实施例的优选方案：贴边移动组件的底部设有安装架6，两组安装架6相互远离一端的中间位置处设有第二伺服电机602，两组第二伺服电机602的输出端设有主动齿轮601，两组安装架6外侧相互远离的一端设有内齿环603，两组安装架6两侧的两端套设有从动齿轮605，同端两组从动齿轮605以主动齿轮601和内齿环603相互啮合，两组内齿环603的外侧设有相互连接的履带604。

作为本实施例的优选方案：加热除湿组件一侧的中间位置处设有暖风机903，机体1外侧的一侧设有环形滑槽901，环形滑槽901的内侧设有相互配合的滑块904，两组滑块904的一侧设有导流罩9，导流罩9内部一侧的中间位置处设有扇叶902，机体1顶部的一侧设有驱动电机907，驱动电机907的输出端设有齿轮906，导流罩9外侧的一侧设有与齿轮906相互啮合的外齿环905。

作为本实施例的优选方案：机体1内部靠近摄像机构2一侧的顶部设有蓄电池，机体1靠近摄像机构2一侧的底部设有伸缩管，且伸缩管的底部设有连接座，而连接座的底部设有辅助轮，提高机器人整体移动的导向性和稳定性，两组内螺纹套管7的一侧设有与连接座相互连接的固定板，机体1外侧的一侧设有防护圈，且防护圈与安装槽14相互连接，增加结构的封闭功能，防止外界颗粒物或碎石嵌入结构内，使结构无法正常运作。

作为本实施例的优选方案：一组安装座5顶部的一侧与两组安装座5底部的一侧设有限位导管，且限位导管的内侧套设有与三组内螺纹套管7相互连接的限位导杆，提高内螺纹套管7伸缩移动的限位功效和平衡性，三组安装座5内部的中间位置处设有轴承座，且轴承座与螺纹杆8相互连接，促使螺纹杆8旋转更加稳定。

作为本实施例的优选方案：一组第一锥齿轮12与螺纹杆8位于机体1顶部的中间位置处，两组第一锥齿轮12与螺纹杆8位于机体1底部的两端呈斜型安置，第二锥齿轮13与三组第一锥齿轮12相互啮合适配，促使一组第二锥齿轮13可同时带动第一锥齿轮12啮合转动，增加结构展开收纳的便捷性和操作效率。

作为本实施例的优选方案：两组弧形夹持座18相互远离的一端设有弧形防滑板，且弧形防滑板的外侧设有橡胶垫，两组弧形夹持座18相互靠近一端的顶部和底部分别设有伸缩杆，且伸缩杆与机体1相互连接，增加弧形防滑板和弧形夹持座18位置移动的导向性和稳定性。

作为本实施例的优选方案：两组连接架10与导轮组11呈倾斜结构安置，提高机器人与管道内边角处的贴合性，两组安装槽14相互远离的一侧开设有通槽，且通槽与铰接板19相互适配，便于铰接板19在开设的通槽内移动。

作为本实施例的优选方案：两组安装架6相互远离一端的两侧设有对接孔，且对接孔相互远离的一端分别设有封闭板和固定件，两组安装架6的外侧设有四组导套，且导套的内侧设有与内齿环603相互适配的限位滑槽，可以对内齿环603的移动进行导向和限位，防止内齿环603产生错位，增加履带604移动的稳定性。

作为本实施例的优选方案：导流罩9内部的中间位置处设有与暖风机903相互配合的导流腔，且导流腔的一侧设有与暖风机903相互对应的过滤网，可以对气体分散，促使烘干气体导流排出的更加均匀，提高管道内湿气的烘干效率。

实施例1，如图1-5所示，在机器人整体移动的同时，可在驱动电机907的启动下带动齿轮906旋转并与外齿环905相互啮合，迫使外齿环905带动导流罩9整体在环形滑槽901和滑块904的导向滑动下旋转，通过导流罩9的整体旋转带动扇叶902转动形成导流风，对机器人的整体移动形成助推力，加快机器人的移动速度，期间可以启动暖风机903吹入烘干气体，通过导流罩9的旋转导流将气体分散排出，可均匀分布管道的内壁，进而将管道内的湿气排出，维持探头3的实施检测功效，增加后续维修工作的便捷性。

实施例2，如图7所示，通过两组第三伺服电机17的启动带动双向丝杆16，随着双向丝杆16的旋转带动内螺纹套块15靠近或远离移动，即可通过内螺纹套块15的移动迫使铰接板19推动弧形夹持座18展开或收缩，即可根据操作人员的使用需求，将弧形夹持座18展开形成平衡梁，进一步提高机器人移动的稳定性，通过弧形夹持座18的延伸展开即可对不同大小管道内壁的两边进行贴合，形成夹持固定功能，增加管道维修工作的便捷性。

工作原理：当机器人移动时，可以通过第一伺服电机4的启动带动第二锥齿轮13旋转，促使第二锥齿轮13同时带动三组第一锥齿轮12啮合转动，迫使第一锥齿轮12带动螺纹杆8旋转，随着螺纹杆8的旋转带动内螺纹套管7在限位导管和限位导杆的伸缩限位下让三组内螺纹套管7向外展开，即可根据不同大小的管道进行调节，使两组履带604与两组导轮组11分别接触管道内壁的上方和下方，此时便可通过第二伺服电机602的启动带动主动齿轮601旋转，促使主动齿轮601带动啮合的内齿环603整体旋转，并利用内齿环603的旋转带动两组辅助的从动齿轮605转动，即可让内齿环603在限位滑槽的配合下导向转动，通过内齿环603带动履带604旋转，进而使机器人整体在履带604的转动下形成驱动力进行移动，期间利用两组导轮组11沿绕管壁的上方贴合形成导向移动功效，在两组内螺纹套管7进行高度调节的同时带动连接架和辅助轮同时进行高度调整，即可在辅助轮的加持效果下让机器人移动更加平衡稳定，此时在摄像机构2与探头3的配合下对管道进行实时检测维修工作。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于管道检测与维修的柔性机器人，包括机体（1），其特征在于：所述机体（1）内部的一侧设有摄像机构（2），所述摄像机构（2）的一侧设有探头（3），所述机体（1）内部靠近摄像机构（2）的一侧设有第一伺服电机（4），所述第一伺服电机（4）的输出端设有第二锥齿轮（13），所述机体（1）外侧的一侧设有三组安装座（5），三组所述安装座（5）的内侧套设有螺纹杆（8），三组所述螺纹杆（8）的外侧设有螺纹适配的内螺纹套管（7），两组所述内螺纹套管（7）的底部设有贴边移动组件，一组所述内螺纹套管（7）顶部的两端设有连接架（10），且连接架（10）的顶部排设有导轮组（11），一组所述螺纹杆（8）外侧的底部和两组所述螺纹杆（8）外侧的顶部套设有与第二锥齿轮（13）相互啮合的第一锥齿轮（12），所述机体（1）一侧的中间位置处设有加热除湿组件，所述机体（1）两端的中间位置处设有安装槽（14），两组所述安装槽（14）的一侧设有第三伺服电机（17），两组所述第三伺服电机（17）的输出端设有双向丝杆（16），两组所述双向丝杆（16）的外侧对称设有相互适配的内螺纹套块（15），同端两组所述内螺纹套块（15）相互远离的一端铰接有铰接板（19），同端两组所述铰接板（19）相互远离的一端铰接有弧形夹持座（18）。

2.根据权利要求1所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：所述贴边移动组件的底部设有安装架（6），两组所述安装架（6）相互远离一端的中间位置处设有第二伺服电机（602），两组所述第二伺服电机（602）的输出端设有主动齿轮（601），两组所述安装架（6）外侧相互远离的一端设有内齿环（603），两组所述安装架（6）两侧的两端套设有从动齿轮（605），同端两组所述从动齿轮（605）以主动齿轮（601）和内齿环（603）相互啮合，两组所述内齿环（603）的外侧设有相互连接的履带（604）。

3.根据权利要求1所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：所述加热除湿组件一侧的中间位置处设有暖风机（903），所述机体（1）外侧的一侧设有环形滑槽（901），所述环形滑槽（901）的内侧设有相互配合的滑块（904），两组所述滑块（904）的一侧设有导流罩（9），所述导流罩（9）内部一侧的中间位置处设有扇叶（902），所述机体（1）顶部的一侧设有驱动电机（907），所述驱动电机（907）的输出端设有齿轮（906），所述导流罩（9）外侧的一侧设有与齿轮（906）相互啮合的外齿环（905）。

4.根据权利要求1所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：所述机体（1）内部靠近摄像机构（2）一侧的顶部设有蓄电池，所述机体（1）靠近摄像机构（2）一侧的底部设有伸缩管，且伸缩管的底部设有连接座，而连接座的底部设有辅助轮，两组所述内螺纹套管（7）的一侧设有与连接座相互连接的固定板，所述机体（1）外侧的一侧设有防护圈，且防护圈与安装槽（14）相互连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：一组所述安装座（5）顶部的一侧与两组所述安装座（5）底部的一侧设有限位导管，且限位导管的内侧套设有与三组内螺纹套管（7）相互连接的限位导杆，三组所述安装座（5）内部的中间位置处设有轴承座，且轴承座与螺纹杆（8）相互连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：一组所述第一锥齿轮（12）与螺纹杆（8）位于机体（1）顶部的中间位置处，两组所述第一锥齿轮（12）与螺纹杆（8）位于机体（1）底部的两端呈斜型安置，所述第二锥齿轮（13）与三组第一锥齿轮（12）相互啮合适配。

7.根据权利要求1所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：两组所述弧形夹持座（18）相互远离的一端设有弧形防滑板，且弧形防滑板的外侧设有橡胶垫，两组所述弧形夹持座（18）相互靠近一端的顶部和底部分别设有伸缩杆，且伸缩杆与机体（1）相互连接。

8.根据权利要求2所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：两组所述连接架（10）与导轮组（11）呈倾斜结构安置，两组所述安装槽（14）相互远离的一侧开设有通槽，且通槽与铰接板（19）相互适配。

9.根据权利要求2所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：两组所述安装架（6）相互远离一端的两侧设有对接孔，且对接孔相互远离的一端分别设有封闭板和固定件，两组所述安装架（6）的外侧设有四组导套，且导套的内侧设有与内齿环（603）相互适配的限位滑槽。

10.根据权利要求3所述的一种用于管道检测与维修的柔性机器人，其特征在于：所述导流罩（9）内部的中间位置处设有与暖风机（903）相互配合的导流腔，且导流腔的一侧设有与暖风机（903）相互对应的过滤网。

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