CN113426768B - 管道外壁清洗机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种管道外壁清洗机器人，包括框架、行走模块和高压清洗模块，框架形成中空腔室；行走模块的数量为两个以上，两个以上行走模块沿中空腔室的周向间隔分布，以夹持位于中空腔室内的管道，并能沿管道的外壁行走；高压清洗模块包括能够朝向中空腔室喷射高压水射流的喷嘴本发明的提供的，第一支撑架和第二支撑架将待清洗的管道包裹在中空腔室内，喷嘴朝向中空腔室喷射高压水射流，以清洗管道的外壁，进行除锈除漆作业，两个以上行走模块夹持管道并沿管道的外壁行走，以清洗整个管道的外壁，解决现有的管道外壁难以清洗的技术问题，从而提高了清洗管道外壁的自动化水平。

Description

管道外壁清洗机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种管道外壁清洗机器人。

背景技术

基于超高压水射流的爬壁机器人目前已在国内已在船舶、化工储罐等行业实现广泛应用，但只能针对大面积的小曲率钢铁平面进行作业。

脚手架圆管包括建筑业用到的脚手架，也包括海洋钻井平台上的脚手架。建筑用脚手架由于长期拆装及户外使用，其表面多存在锈蚀的问题，未经保养，长此以往容易造成脚手架坍塌等安全事故。海洋平台脚手架由于受到海风、海水侵蚀，其下端甚至由于长期浸泡在海水里而生长有海蛎子、藤壶等海生物，因此，海洋平台脚手架更需要定期进行除锈除漆、维护保养。

目前，针对管道清洗的机器人，集中于清洗管道的内部，对管道外壁的除锈除漆清洗，尚未有商业化应用的成熟设备。因此，目前市面上急需一种能够清洗管道外壁的机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道外壁清洗机器人，旨在解决现有的管道外壁难以清洗的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种管道外壁清洗机器人，包括：

框架，所述框架包括可拆卸连接的第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架和所述第二支撑架连接合拢形成中空腔室；

行走模块，所述行走模块安装于所述框架，所述行走模块的数量为两个以上，两个以上所述行走模块沿所述中空腔室的周向间隔分布，以夹持位于所述中空腔室内的管道，并能沿所述管道的外壁行走；

高压清洗模块，所述高压清洗模块安装于所述框架，所述高压清洗模块包括能够朝向所述中空腔室喷射高压水射流的喷嘴。

在其中一个实施例中，所述高压清洗模块活动安装于所述框架，所述高压清洗模块能绕所述中空腔室的竖直轴线旋转。

在其中一个实施例中，所述框架设有沿所述中空腔室的周向分布的齿轮环，所述高压清洗模块还包括清洗安装座、连接齿轮和旋转驱动件，所述清洗安装座活动安装于所述框架，所述喷嘴和所述旋转驱动件均安装于所述清洗安装座，所述旋转驱动件与所述连接齿轮连接，以驱动所述连接齿轮旋转，所述连接齿轮与所述齿轮环相啮合。

在其中一个实施例中，所述框架还设有滑轨，所述滑轨与所述齿轮环呈同心圆分布，所述清洗安装座连接有滑块，所述滑块滑动安装于所述滑轨。

在其中一个实施例中，所述高压清洗模块还包括清洗安装座，所述清洗安装座安装于所述框架，所述喷嘴沿所述中空腔室的径向位置可调地安装于所述清洗安装座。

在其中一个实施例中，所述行走模块包括滚轮和行走驱动组件，所述滚轮位于所述中空腔室内，所述滚轮用于抵持所述管道的外壁，所述行走驱动组件安装于所述框架，所述行走驱动组件与所述滚轮连接，以驱动所述滚轮旋转。

在其中一个实施例中，所述行走模块还包括安装于所述行走驱动件的清扫件，所述清扫件位于所述滚轮的正上方。

在其中一个实施例中，所述行走模块还包括行走安装座，所述行走驱动件安装于所述行走安装座，所述行走安装座沿所述中空腔室的径向位置可调地安装于所述框架。

在其中一个实施例中，所述行走模块的数量为三个，三个所述行走模块沿所述中空腔室的周向均匀分布。

在其中一个实施例中，所述管道外壁清洗机器人还包括用于接收外部控制指令的远程控制器，所述远程控制器安装于所述框架，所述远程控制器分别与所述高压清洗模块、所述行走模块电性连接。

在其中一个实施例中，所述第一支撑架的一端和所述第二支撑架的一端可拆卸铰接，所述第一支撑架的另一端与所述第二支撑架的另一端可拆卸连接。

本发明提供的管道外壁清洗机器人的有益效果是：第一支撑架和第二支撑架将待清洗的管道包裹在中空腔室内，喷嘴朝向中空腔室喷射高压水射流，以清洗管道的外壁，进行除锈除漆作业，两个以上行走模块夹持管道并沿管道的外壁行走，以清洗整个管道的外壁，解决现有的管道外壁难以清洗的技术问题，从而提高了清洗管道外壁的自动化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的管道外壁清洗机器人的结构示意图；

图2为图1中的管道外壁清洗机器人的另一视角的结构示意图；

图3为图1中的管道外壁清洗机器人的拆分示意图；

图4为图3的主视图；

图5为图4的俯视图；

图6为图1中的管道外壁清洗机器人的行走模块的结构示意图；

图7为图6的右视图；

图8为图7的俯视图。

其中，图中各附图标记：

100、框架；101、中空腔室；102、齿轮环；103、滑轨；104、支撑板；105、通孔；110、第一支撑架；111、合页；120、第二支撑架；200、行走模块；210、滚轮；220、行走驱动组件；230、清扫件；240、行走安装座；250、导向杆；300、高压清洗模块；310、喷嘴；320、清洗安装座；330、连接齿轮；340、旋转驱动件；350、滑块；400、远程控制器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1至图3，一种管道外壁清洗机器人，包括框架100、行走模块200和高压清洗模块300。

框架100包括可拆卸连接的第一支撑架110和第二支撑架120，第一支撑架110和第二支撑架120连接合拢形成中空腔室101。由于第一支撑架110和第二支撑架120之间可拆卸连接，从而中空腔室101能够打开和闭合。在中空腔室101打开时，第一支撑架110和第二支撑架120将管道合拢包围，然后，第一支撑架110和第二支撑架120可拆卸连接，以使管道位于中空腔室101内。

行走模块200安装于框架100，行走模块200的数量为两个以上，两个以上行走模块200沿中空腔室101的周向间隔分布，以夹持位于中空腔室101内的管道，并能沿管道的外壁行走。高压清洗模块300安装于框架100，高压清洗模块300包括能够朝向中空腔室101喷射高压水射流的喷嘴310。

上述管道外壁清洗机器人使用时，第一支撑架110和第二支撑架120将待清洗的管道包裹在中空腔室101内，喷嘴310朝向中空腔室101喷射高压水射流，以清洗管道的外壁，进行除锈除漆作业，两个以上行走模块200夹持管道并沿管道的外壁行走，以带动整个管道外壁清洗机器人沿管道的外壁做升降运动，进而高压清洗模块300清洗整个管道的外壁，解决现有的管道外壁难以清洗的技术问题，从而提高了清洗管道外壁的自动化水平。

其中，上述管道外壁清洗机器人结构紧凑，模块化组装，便于快速安装及拆卸。

其中，高压水射流的工作压力范围在150MPa～300MPa，采用高压纯水射流进行除锈除漆作业，一方面能够解决了水污染、空气污染等环境问题，另一方面能降低工作人员作业强度，避免出现安全事故。

其中，喷嘴310能够朝向中空腔室101喷射高压水射流，是指包括两种情况。第一种情况，喷嘴310固定设置，并朝向中空腔室101的方向。第二种情况，喷嘴310角度可调地安装设置，喷嘴310能够调整至朝向中空腔室101的方向。

在一些实施例中，高压清洗模块300固定安装于框架100，高压清洗模块300清洗管道外壁的一侧，然后人工调整框架100，使得喷嘴310朝向管道外壁的另一侧，或者，人工调整高压清洗模块300的安装位置，使得喷嘴310朝向管道外壁的另一侧，进而在行走模块200的驱使下，高压清洗模块300清洗管道外壁的另一侧。

在一些实施例中，高压清洗模块300安装于框架100，高压清洗模块300的数量为两个以上，两个以上高压清洗模块300沿中空腔室101的周向间隔分布，从而从多个方向清洗管道的外壁。

在另一些实施例中，请参考图1、图2和图4，高压清洗模块300活动安装于框架100，高压清洗模块300能绕中空腔室101的竖直轴线旋转，从而高压清洗模块300能够绕管道的外壁旋转，进而从各个方向清洗管道，提高清洗效果。

其中，中空腔室101的竖直轴线是指管道放置于中空腔室101内时，管道的管长方向轴线。

具体地，框架100设有沿中空腔室101的周向分布的齿轮环102，高压清洗模块300还包括清洗安装座320、连接齿轮330和旋转驱动件340，清洗安装座320活动安装于框架100，喷嘴310和旋转驱动件340均安装于清洗安装座320，清洗安装座320起到支撑作用。旋转驱动件340与连接齿轮330连接，以驱动连接齿轮330旋转，连接齿轮330与齿轮环102相啮合。如此，旋转驱动件340驱动连接齿轮330旋转，连接齿轮330带动旋转驱动件340及整个高压清洗模块300沿齿轮环102绕中空腔室101转动。

其中，旋转驱动件340可选为电机、气缸或油缸。

此实施例中，喷嘴310可以固定安装于清洗安装座320，也可以角度可调或沿中空腔室101的径向位置可调地安装于清洗安装座320。

进一步地，请继续参考图1、图2和图4，框架100还设有滑轨103，滑轨103与齿轮环102呈同心圆分布，清洗安装座320连接有滑块350，滑块350滑动安装于滑轨103。滑轨103起到导向作用，高压清洗模块300沿滑轨103能够稳定地绕中空腔室101的竖直轴线转动。

可以理解，在其他实施例中，清洗安装座320活动安装于框架100的方式，除了通过滑块350滑轨103配合实现滑动安装之外，还可以是清洗安装座320滚动支撑于框架100，从而当连接齿轮330绕齿轮环102旋转时，清洗安装座320在连接齿轮330的带动下自动地绕中空腔室101的竖直轴线转动。当然，清洗安装座320还可以采用其他方式活动安装于框架100，并能够实现清洗安装座320能够绕中空腔室101的竖直轴线转动。

在另一些实施例中，请参考图1、图2和图4，高压清洗模块300还包括清洗安装座320，清洗安装座320安装于框架100，喷嘴310沿中空腔室101的径向位置可调地安装于清洗安装座320，从而喷嘴310与位于中空腔室101内的管道的外壁的距离可调。考虑到脚手架结构复杂、主副圆管管径不一、上下部分腐蚀状态不同的实际情况，喷嘴310位置可调，能够适应不同清洗要求的实际情况，实现不同实际情况的管道的清洗效果一致。

其中，喷嘴310沿中空腔室101的径向位置可调的方式很多。比如，清洗安装座320设置有沿中空腔室101的径向摆放的安装部，喷嘴310位置可调地安装于该安装部。再比如，喷嘴310通过径向驱动件安装于清洗安装座320，径向驱动件用于驱动喷嘴310沿中空腔室101的径向移动，从而通过控制径向驱动件的伸长量，进而控制喷嘴310在中空腔室101的径向上的安装位置，径向驱动件可选为气缸、电机或油缸。

此实施例中，清洗安装座320可以固定安装于框架100，也可以活动安装于框架100。

在其中一个实施例中，请参考图6至图8，行走模块200包括滚轮210和行走驱动组件220，滚轮210位于中空腔室101内，滚轮210用于抵持管道的外壁，行走驱动组件220安装于框架100，行走驱动组件220与滚轮210连接，以驱动滚轮210旋转，继而滚轮210沿管道的外壁上下移动，实现整个管道外壁清洗机器人沿管道的外壁上下移动，高压清洗模块300能够清洗自下而上或自上而下地清洗整个管道的外壁。

可选地，高压清洗模块300顺时针沿中空腔室101的周向旋转一周，清洗管道某处的外壁后停止工作，行走模块200上移一段距离，高压清洗模块300启动工作，逆时针沿中空腔室101的周向旋转一周。如此循环，从而高压清洗模块300能够清洗自下而上对整个管道的外壁进行除锈除漆作业。

具体地，行走模块200还包括安装于行走驱动件的清扫件230，清扫件230位于滚轮210的正上方。待高压清洗模块300停止作业后，行走模块200上移一段距离，清扫件230用于清扫滚轮210正前方的油漆、铁锈、海生物等颗粒，保证滚轮210上移过程中不打滑，提高作业的安全性。

其中，清扫件230为毛刷件、海绵件、橡胶块或抹布等。

具体地，滚轮210为橡胶轮。橡胶轮采用弧形面结构能较好适应管道的尺寸变化，保证行走模块200和管道的外壁之间具有足够的摩擦力，提高作业的安全性。

具体地，每个行走模块200具有上下设置的两个滚轮210。

在其中一个实施例中，请参考图6至图8，行走模块200还包括行走安装座240，行走驱动件安装于行走安装座240，行走安装座240沿中空腔室101的径向位置可调地安装于框架100。

如此，行走安装座240位置可调，以适配不同直径的管道，带动与行走驱动件连接的滚轮210沿中空腔室101的径向紧密接触管道的外壁，提高行走的安全性。

其中，滚轮210与行走驱动件的输出轴连接，同时可选地，滚轮210可转动地安装于行走安装座240。

其中，行走驱动件为电机、气缸或油缸。

具体地，行走安装座240通过导向杆250安装于框架100，导向杆250沿中空腔室101的径向设置，导向杆250可沿中空腔室101的径向移动。

可选地，框架100的周侧设有支撑板104，导向杆250插接在支撑板104上，根据导向杆250伸入中空腔室101内的长度不同，实现沿中空腔室101的径向位置可调。

可选地，支撑板104设有通孔105。通孔105的形状为矩形或三角形等。通孔105用于减轻框架100的重量，同时还能够方便工作人员搬运第一支撑架110及第二支撑架120。

在其中一个实施例中，请参考图5，行走模块200的数量为三个，三个行走模块200沿中空腔室101的周向均匀分布。其中，两两行走模块200之间形成120度夹角，三角稳定地夹持管道的外壁，提高作业安全性。

在其中一个实施例中，请参考图1，管道外壁清洗机器人还包括用于接收外部控制指令的远程控制器400，远程控制器400安装于框架100，远程控制器400分别与高压清洗模块300、行走模块200电性连接。如此，工作人员能够通过遥控器、手机或其他设备远程地控制高压清洗模块300工作，还能够控制行走模块200沿管道的外壁行走，从而工作人员能够远离管道外壁清洗机器人，避免机器人意外坠落造成伤人事故，保证人身安全。

而且，管道外壁清洗机器人可设定好参数后自动清洗，也可以通过遥控器实时控制清洗，操作模式更加多样化。

在其中一个实施例中，请参考图3至图5，第一支撑架110的一端和第二支撑架120的一端可拆卸铰接，第一支撑架110的另一端与第二支撑架120的另一端可拆卸连接，从而第一支撑架110的另一端和第二支撑架120的另一端之间的连接可以解除，实现中空腔室101的打开，从而将待清洗的管道包裹。

此外，框架100能够至少拆分成两部分，便于框架100的搬运以及快捷拆装。

可选地，第一支撑架110的一端和第二支撑架120的一端通过合页111实现可拆卸铰接。

可选地，第一支撑架110包括若干个依次可拆卸连接的第一支架，从而第一支撑架110能够进一步拆分。

可选地，第二支撑架120包括若干个依次可拆卸连接的第二支架，从而第二支撑架120能够进一步拆分。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管道外壁清洗机器人，其特征在于，所述管道外壁清洗机器人用于清洗海洋平台脚手架的管道，所述管道外壁清洗机器人包括：

框架，所述框架包括可拆卸连接的第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架和所述第二支撑架连接合拢形成中空腔室；

行走模块，所述行走模块安装于所述框架，所述行走模块的数量为两个以上，两个以上所述行走模块沿所述中空腔室的周向间隔分布，以夹持位于所述中空腔室内的管道，并能沿所述管道的外壁行走；所述行走模块包括滚轮和行走驱动组件，所述滚轮位于所述中空腔室内，所述滚轮用于抵持所述管道的外壁，所述行走驱动组件安装于所述框架，所述行走驱动组件与所述滚轮连接，以驱动所述滚轮旋转，以使所述滚轮沿管道的外壁上下移动；所述行走模块还包括安装于所述行走驱动组 件的清扫件，所述清扫件位于所述滚轮的正上方；

高压清洗模块，所述高压清洗模块安装于所述框架，所述高压清洗模块包括能够朝向所述中空腔室喷射高压水射流的喷嘴，所述喷嘴位于所述清扫件的上方，所述高压水射流的工作压力范围在150MPa～300MPa，所述高压清洗模块活动安装于所述框架，所述高压清洗模块能绕所述中空腔室的竖直轴线旋转一周。

2.根据权利要求1所述的管道外壁清洗机器人，其特征在于：所述框架设有沿所述中空腔室的周向分布的齿轮环，所述高压清洗模块还包括清洗安装座、连接齿轮和旋转驱动件，所述清洗安装座活动安装于所述框架，所述喷嘴和所述旋转驱动件均安装于所述清洗安装座，所述旋转驱动件与所述连接齿轮连接，以驱动所述连接齿轮旋转，所述连接齿轮与所述齿轮环相啮合。

3.根据权利要求2所述的管道外壁清洗机器人，其特征在于：所述框架还设有滑轨，所述滑轨与所述齿轮环呈同心圆分布，所述清洗安装座连接有滑块，所述滑块滑动安装于所述滑轨。

4.根据权利要求1所述的管道外壁清洗机器人，其特征在于：所述高压清洗模块还包括清洗安装座，所述清洗安装座安装于所述框架，所述喷嘴沿所述中空腔室的径向位置可调地安装于所述清洗安装座。

5.根据权利要求1所述的管道外壁清洗机器人，其特征在于：所述行走模块还包括行走安装座，所述行走驱动组 件安装于所述行走安装座，所述行走安装座沿所述中空腔室的径向位置可调地安装于所述框架。

6.根据权利要求1所述的管道外壁清洗机器人，其特征在于：所述行走模块的数量为三个，三个所述行走模块沿所述中空腔室的周向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的管道外壁清洗机器人，其特征在于：所述管道外壁清洗机器人还包括用于接收外部控制指令的远程控制器，所述远程控制器安装于所述框架，所述远程控制器分别与所述高压清洗模块、所述行走模块电性连接。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的管道外壁清洗机器人，其特征在于：所述第一支撑架的一端和所述第二支撑架的一端可拆卸铰接，所述第一支撑架的另一端与所述第二支撑架的另一端可拆卸连接。

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