CN113732919A - 一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，包括有行走电动推杆、两个轮式双足行走单元、两个从动作业单元和两个摄像头，其中一个轮式双足行走单元的后端和另一个轮式双足行走单元的前端分别与行走电动推杆的固定端和伸缩端连接，两个从动作业单元顺次连接于两个轮式双足行走单元的后端，位于前端的从动作业单元上设置有打磨机构，位于后端的从动作业单元上设置有喷漆机构，两个摄像头分别设置于管道机器人的前端和后端。本发明可实现在管道中平稳行走，且可同时实现管道除锈喷漆的功能。

Description

一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体是一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人。
背景技术
在现代社会，各种管道已经遍布我们生活环境的各个角落。作为能源和其他物质的运输通道，给我们的生活带来了极大的便利和巨大的经济效益。但同时也产生了一系列问题，管道在使用过程中总会存在老化、腐蚀、堵塞等问题，而且大量管道不是人可以直接接触的，这就给管道的检测和维护工作带来了很大的困难。为了进行管道的检测和维护，传统的挖掘方法和随机抽样的方法，存在工作量大和效率低等缺点。管道机器人的研究与应用，有效的解决了这一问题。管道机器人综合了多种传感器、智能移动载体、作业装置和无损检测等技术，凭借其自身优势可以完成对管道的检测和维护。这极大地提高了管道检测和维护的工作效率。现有的轮式管道机器人的平稳性较差，而多轮式的管道机器人受到管道自身的条件限制，比较难在圆形截面的管道中平稳运行且功能单一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，实现在管道中的平稳行走，且可同时实现管道除锈喷漆的功能。
本发明的技术方案为：
一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，包括有行走电动推杆、两个轮式双足行走单元、两个从动作业单元和两个摄像头；
两个轮式双足行走单元均包括有安装框架、连接于安装框架上的定位支撑机构和两个弹簧减震导向轮机构，其中一个轮式双足行走单元安装框架的后端和另一个轮式双足行走单元安装框架的前端分别与行走电动推杆的固定端和伸缩端连接；两个从动作业单元均包括有从动框架、连接于从动框架上的四个弹簧减震导向轮机构，其中一个从动作业单元从动框架的前端设置有打磨机构，另一个从动作业单元从动框架的前端设置有喷漆机构，其中一个从动作业单元从动框架的前端通过一个关节轴承连接杆与另一个轮式双足行走单元安装框架的后端连接，其中一个从动作业单元从动框架的后端通过另一个关节轴承连接杆与另一个从动作业单元从动框架的前端连接；两个摄像头，其中一个摄像头固定于其中一个轮式双足行走单元安装框架的前端，另一个摄像头固定于另一个从动作业单元从动框架的后端；
轮式双足行走单元的定位支撑机构包括有支撑板、定位电动推杆、四个水平直线轴承、四个水平导向杆、压力传感器和支撑杆，所述的支撑板竖直设置且连接于安装框架上，所述的定位电动推杆的固定端固定于支撑板的一竖直侧面的中心位置且定位电动推杆的轴线垂直于支撑板，压力传感器固定于支撑板的另一竖直侧面上，支撑杆的内端固定连接于压力传感器上，四个水平直线轴承均设置于支撑板的四个拐角处，每个水平导向杆穿过对应的水平直线轴承，每个水平导向杆的两端均与安装框架固定连接，定位电动推杆、支撑杆和四个水平导向杆相互平行，定位电动推杆的伸缩端和支撑杆的外端均延伸至安装框架外，定位电动推杆的伸缩端和支撑杆的外端上均设置有橡胶支撑头；
轮式双足行走单元的两个弹簧减震导向轮机构和从动作业单元的四个弹簧减震导向轮机构均包括有四个定位直线轴承、四个定位导向杆、四个弹簧、导向轮连接板和导向轮，轮式双足行走单元弹簧减震导向轮机构的四个定位直线轴承均设置于安装框架的顶板或底板上，从动作业单元弹簧减震导向轮机构的四个定位直线轴承均设置于从动框架的侧板、顶板或底板上，每个定位导向杆穿过对应的定位直线轴承，四个定位导向杆的外端分别固定连接于导向轮连接板的四个拐角处，每个弹簧套装于对应的定位导向杆上，每个弹簧的内端与对应的定位直线轴承固定连接，每个弹簧的外端均与导向轮连接板的内侧面固定连接，导向轮连接于导向轮连接板的外侧面上；
其中，每个轮式双足行走单元的两个弹簧减震导向轮机构和每个从动作业单元的两个弹簧减震导向轮机构均纵向设置，纵向设置的弹簧减震导向轮机构其定位直线轴承和定位导向杆均为竖直设置，纵向设置的弹簧减震导向轮机构其导向轮均为万向轮结构；每个从动作业单元的另外两个弹簧减震导向轮机构均水平设置，水平设置的弹簧减震导向轮机构其定位直线轴承和定位导向杆均为水平设置，水平设置的弹簧减震导向轮机构其导向轮均为定位轮结构；
所述的打磨机构包括有打磨转盘、多个惯性条、多个弹簧和多个打磨轮，打磨转盘连接于对应从动框架的前端，多个惯性条沿打磨转盘的周向均匀分布，每个惯性条的内端与打磨转盘的周向边缘处铰接，每个惯性条的外端上连接有对应的打磨轮，每个惯性条上均连接有对应的一个弹簧，每个弹簧的内端均与打磨转盘固定连接，每个弹簧的外端与对应惯性条的中部连接；
所述的喷漆机构包括有喷漆转盘、多个喷嘴、多个锈渣吸尘器、油漆抽取泵、灰盒和油漆罐，所述的喷漆转盘连接于对应从动框架的前端，油漆抽取泵、灰盒和油漆罐均固定于对应的从动框架内，多个喷嘴沿喷漆转盘的周向均匀分布且固定于喷漆转盘的周向边缘处，多个喷嘴均通过油漆抽取泵与油漆罐连接，多个锈渣吸尘器的出灰口均连接于喷漆转盘的前端面上且与灰盒连通，多个锈渣吸尘器的进灰口端斜向前且朝向喷漆转盘的外周延伸，多个锈渣吸尘器的进灰口沿喷漆转盘的周向均匀分布。
所述的两个轮式双足行走单元分别通过对应的关节轴承与行走电动推杆连接。
所述的定位支撑机构的四个水平导向杆上均套装有压簧，每个压簧的内端均与支撑板固定连接，每个压簧的外端均与安装框架固定连接。
所述的弹簧减震导向轮机构的每个定位导向杆的内端均固定有限位卡扣。
所述的打磨机构包括有四个惯性条、四个弹簧和四个打磨轮，每个惯性条的中部均设置有条形导槽，条形导槽上滑动连接有滚轮，每个弹簧的外端与对应的滚轮连接。
所述的喷漆转盘上连接有气液滑环，多个喷嘴均通过气液滑环与油漆抽取泵连接。
所述的其中一个从动作业单元的从动框架内设置有油漆备用罐和油漆输送泵，油漆备用罐与油漆输送泵的进口连接，油漆输送泵的出口与油漆罐连接。
所述的喷漆机构包括有四个喷嘴和四个锈渣吸尘器，每个喷嘴与一个对应锈渣吸尘器的进灰口端朝向一致。
本发明的优点：
(1)、本发明设置有两个轮式双足行走单元，通过行走电动推杆推动行走，且其中一个轮式双足行走单元行走时，另一个轮式双足行走单元通过其定位支撑机构定位于管道中，从而保证了行走的稳定性；
(2)、本发明从动作业单元的四个弹簧减震导向轮机构，两个水平行走的导向轮为定向轮，竖直行走的导向轮为万向轮，保证从动作业单元在管道内平稳行走的目的；
(3)、本发明设置有两个摄像头和两个从动作业单元，位于前端的从动作业单元上设置有打磨机构，位于后端的从动作业单元上设置有喷漆机构，摄像头实现待除锈部位的勘察检测，打磨机构实现打磨除锈操作，喷漆机构实现除锈渣、喷漆功能，本发明实现管道连续除锈操作，除锈快速且准确；
(4)、本发明的打磨机构和喷漆机构采用转盘结构驱动旋转，保证管道内的每处都可以均匀地实现打磨和喷漆的操作。
附图说明
图1是本发明的俯视图。
图2是本发明轮式双足行走单元的俯视图。
图3是本发明定位支撑机构的俯视图。
图4是本发明弹簧减震导向轮机构的侧视图。
图5是本发明打磨机构的结构示意图。
图6是本发明喷漆机构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，包括有行走电动推杆1、两个轮式双足行走单元2、两个从动作业单元和两个摄像头3；
见图1和图2，两个轮式双足行走单元2均包括有安装框架21、连接于安装框架21上的定位支撑机构22和两个弹簧减震导向轮机构23，其中一个轮式双足行走单元安装框架21的后端和另一个轮式双足行走单元安装框架21的前端分别通过对应的关节轴承4与行走电动推杆1的固定端和伸缩端连接；两个从动作业单元均包括有从动框架5、连接于从动框架5上的四个弹簧减震导向轮机构，其中一个从动作业单元从动框架5的前端设置有打磨机构6，另一个从动作业单元从动框架5的前端设置有喷漆机构7，其中一个从动作业单元从动框架5的前端通过一个关节轴承连接杆8与另一个轮式双足行走单元安装框架5的后端连接，其中一个从动作业单元从动框架5的后端通过另一个关节轴承连接杆8与另一个从动作业单元从动框架5的前端连接；两个摄像头3，其中一个摄像头3固定于其中一个轮式双足行走单元安装框架21的前端，另一个摄像头3固定于另一个从动作业单元从动框架5的后端；
见图3，轮式双足行走单元2的定位支撑机构22包括有支撑板221、定位电动推杆222、四个水平直线轴承223、四个水平导向杆224、四个压簧225、压力传感器226和支撑杆227，支撑板221竖直设置且连接于安装框架21上，定位电动推杆222的固定端固定于支撑板221一竖直侧面的中心位置且定位电动推杆222的轴线垂直于支撑板221，压力传感器固定于支撑板的另一竖直侧面上，支撑杆的内端固定连接于压力传感器上，四个水平直线轴承223分别设置于支撑板221的四个拐角处，每个水平导向杆224穿过对应的水平直线轴承223，每个水平导向杆224的两端均与安装框架21固定连接，定位电动推杆222、支撑杆227和四个水平导向杆224相互平行，定位电动推杆222的伸缩端和支撑杆227的外端均延伸至安装框架21外，定位电动推杆222的伸缩端和支撑杆227的外端上均设置有橡胶支撑头228，每个水平导向杆224上均套装有压簧225，每个压簧225的内端均与支撑板221固定连接，每个压簧225的外端均与安装框架21的底板固定连接；
见图4，轮式双足行走单元2的两个弹簧减震导向轮机构23和从动作业单元的四个弹簧减震导向轮机构均包括有四个定位直线轴承231、四个定位导向杆232、四个弹簧233、导向轮连接板234和导向轮235，轮式双足行走单元弹簧减震导向轮机构23的四个定位直线轴承231均设置于安装框架21的顶板或底板上，从动作业单元弹簧减震导向轮机构的四个定位直线轴承231均设置于从动框架5的侧板、顶板或底板上，每个定位导向杆232穿过对应的定位直线轴承231，四个定位导向杆232的外端分别固定连接于导向轮连接板234的四个拐角处，每个定位导向杆232的内端均固定有限位卡扣236，避免定位导向杆232从定位直线轴承231穿出，每个弹簧233套装于对应的定位导向杆232上，每个弹簧233的内端与对应的定位直线轴承231固定连接，每个弹簧232的外端均与导向轮连接板234的内侧面固定连接，导向轮235连接于导向轮连接板234的外侧面上；
见图1，每个轮式双足行走单元的两个弹簧减震导向轮机构23和每个从动作业单元的两个弹簧减震导向轮机构均纵向设置，纵向设置的弹簧减震导向轮机构其定位直线轴承231和定位导向杆232均为竖直设置，纵向设置的弹簧减震导向轮机构其导向轮均为万向轮9结构；每个从动作业单元的另外两个弹簧减震导向轮机构均水平设置，水平设置的弹簧减震导向轮机构其定位直线轴承231和定位导向杆232均为水平设置，水平设置的弹簧减震导向轮机构其导向轮均为定位轮结构10；
见图5，打磨机构6包括有打磨转盘61、四个惯性条62、四个弹簧63和四个打磨轮64，打磨转盘61连接于对应从动框架5的前端，四个惯性条62沿打磨转61盘的周向均匀分布，每个惯性条62的内端与打磨转盘61的周向边缘处铰接，每个惯性条62的外端上连接有对应的打磨轮64，每个惯性条62上均连接有对应的一个弹簧63，每个惯性条62的中部均设置有条形导槽65，条形导槽65上滑动连接有滚轮66，每个弹簧63的内端均与打磨转盘61固定连接，每个弹簧63的外端与对应的滚轮66连接；
见图1和图6，喷漆机构7包括有喷漆转盘71、四个喷嘴72、四个锈渣吸尘器73、油漆抽取泵74、灰盒和油漆罐75，喷漆转盘71连接于对应从动框架5的前端，油漆抽取泵74、灰盒和油漆罐75均固定于对应的从动框架5内，四个喷嘴72沿喷漆转盘71的周向均匀分布且固定于喷漆转盘71的周向边缘处，喷漆转盘71上连接有气液滑环77，四个喷嘴72均通过气液滑环77与油漆抽取泵74的出口连接，油漆抽取泵74的进口与油漆罐75连接，四个锈渣吸尘器73的出灰口均连接于喷漆转盘71的前端面上且与灰盒连通，四个锈渣吸尘器73的进灰口端斜向前且朝向喷漆转盘71的外周延伸，四个锈渣吸尘器73的进灰口沿喷漆转盘71的周向均匀分布，且每个喷嘴72与一个对应锈渣吸尘器73的进灰口端朝向一致；
见图1，其中一个从动作业单元的从动框架5内设置有油漆备用罐和油漆输送泵76，油漆备用罐与油漆输送泵76的进口连接，油漆输送泵76的出口与油漆罐75连接。
见图1-图6，本发明的工作原理：
(1)、管道内行走：
首先将本发明置于管道内，位于后端的轮式双足行走单元2其定位支撑机构22伸出使得定位电动推杆222的伸缩端和支撑杆227的外端分别与管道内壁紧密接触实现支撑定位，然后行走电动推杆1伸长从而推动位于前端的轮式双足行走单元2沿着管道内壁向前行走，行走时，轮式双足行走单元2的两个万向轮235始终紧贴管道内壁行走，保证行走的稳定性；当位于前端的轮式双足行走单元2行走到位后，位于前端的轮式双足行走单元2其定位支撑机构22再伸出使得定位电动推杆222的伸缩端和支撑杆227的外端分别与管道内壁紧密接触实现支撑定位，同时位于后端的轮式双足行走单元2其定位支撑机构22复位收回，定位支撑机构22的两个橡胶支撑头228与管道内壁分离，此时，行走电动推杆1收缩复位从而带动位于后端的轮式双足行走单元2沿着管道内壁向前行走；不断重复上述步骤实现管道机器人沿着管道的连续行走，当在管道内需要进行小角度转弯时，关节轴承4会带动两个轮式双足行走单元2进行角度调整，实现小角度的转弯行走；
(2)、管道内除锈作业：
管道机器人驱动行走的过程中，位于前端的摄像头始终采集管道内的画面并定位待除锈的部分，除锈位置定位后，打磨机构6在行走电动推杆1的带动下运动至待除锈的位置，打磨转盘61带动打磨轮旋转进行待除锈位置的一圈环形打磨，打磨完成后，行走电动推杆1带动喷漆机构7运动至打磨后的位置，喷漆转盘71带动四个锈渣吸尘器73旋转先对打磨后产生的锈渣进行回收清除，然后油漆抽取泵74启动，喷漆转盘71带动四个喷嘴72对打磨后的位置进行一圈环形喷漆操作，待喷漆干燥后，行走电动推杆1带动整个管道机器人继续行走，位于后端的摄像头3对管道打磨喷漆后的位置进行检测。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，其特征在于：包括有行走电动推杆、两个轮式双足行走单元、两个从动作业单元和两个摄像头；
两个轮式双足行走单元均包括有安装框架、连接于安装框架上的定位支撑机构和两个弹簧减震导向轮机构，其中一个轮式双足行走单元安装框架的后端和另一个轮式双足行走单元安装框架的前端分别与行走电动推杆的固定端和伸缩端连接；两个从动作业单元均包括有从动框架、连接于从动框架上的四个弹簧减震导向轮机构，其中一个从动作业单元从动框架的前端设置有打磨机构，另一个从动作业单元从动框架的前端设置有喷漆机构，其中一个从动作业单元从动框架的前端通过一个关节轴承连接杆与另一个轮式双足行走单元安装框架的后端连接，其中一个从动作业单元从动框架的后端通过另一个关节轴承连接杆与另一个从动作业单元从动框架的前端连接；两个摄像头，其中一个摄像头固定于其中一个轮式双足行走单元安装框架的前端，另一个摄像头固定于另一个从动作业单元从动框架的后端；
轮式双足行走单元的定位支撑机构包括有支撑板、定位电动推杆、四个水平直线轴承、四个水平导向杆、压力传感器和支撑杆，所述的支撑板竖直设置且连接于安装框架上，所述的定位电动推杆的固定端固定于支撑板的一竖直侧面的中心位置且定位电动推杆的轴线垂直于支撑板，压力传感器固定于支撑板的另一竖直侧面上，支撑杆的内端固定连接于压力传感器上，四个水平直线轴承均设置于支撑板的四个拐角处，每个水平导向杆穿过对应的水平直线轴承，每个水平导向杆的两端均与安装框架固定连接，定位电动推杆、支撑杆和四个水平导向杆相互平行，定位电动推杆的伸缩端和支撑杆的外端均延伸至安装框架外，定位电动推杆的伸缩端和支撑杆的外端上均设置有橡胶支撑头；
轮式双足行走单元的两个弹簧减震导向轮机构和从动作业单元的四个弹簧减震导向轮机构均包括有四个定位直线轴承、四个定位导向杆、四个弹簧、导向轮连接板和导向轮，轮式双足行走单元弹簧减震导向轮机构的四个定位直线轴承均设置于安装框架的顶板或底板上，从动作业单元弹簧减震导向轮机构的四个定位直线轴承均设置于从动框架的侧板、顶板或底板上，每个定位导向杆穿过对应的定位直线轴承，四个定位导向杆的外端分别固定连接于导向轮连接板的四个拐角处，每个弹簧套装于对应的定位导向杆上，每个弹簧的内端与对应的定位直线轴承固定连接，每个弹簧的外端均与导向轮连接板的内侧面固定连接，导向轮连接于导向轮连接板的外侧面上；
其中，每个轮式双足行走单元的两个弹簧减震导向轮机构和每个从动作业单元的两个弹簧减震导向轮机构均纵向设置，纵向设置的弹簧减震导向轮机构其定位直线轴承和定位导向杆均为竖直设置，纵向设置的弹簧减震导向轮机构其导向轮均为万向轮结构；每个从动作业单元的另外两个弹簧减震导向轮机构均水平设置，水平设置的弹簧减震导向轮机构其定位直线轴承和定位导向杆均为水平设置，水平设置的弹簧减震导向轮机构其导向轮均为定位轮结构；
所述的打磨机构包括有打磨转盘、多个惯性条、多个弹簧和多个打磨轮，打磨转盘连接于对应从动框架的前端，多个惯性条沿打磨转盘的周向均匀分布，每个惯性条的内端与打磨转盘的周向边缘处铰接，每个惯性条的外端上连接有对应的打磨轮，每个惯性条上均连接有对应的一个弹簧，每个弹簧的内端均与打磨转盘固定连接，每个弹簧的外端与对应惯性条的中部连接；
所述的喷漆机构包括有喷漆转盘、多个喷嘴、多个锈渣吸尘器、油漆抽取泵、灰盒和油漆罐，所述的喷漆转盘连接于对应从动框架的前端，油漆抽取泵、灰盒和油漆罐均固定于对应的从动框架内，多个喷嘴沿喷漆转盘的周向均匀分布且固定于喷漆转盘的周向边缘处，多个喷嘴均通过油漆抽取泵与油漆罐连接，多个锈渣吸尘器的出灰口均连接于喷漆转盘的前端面上且与灰盒连通，多个锈渣吸尘器的进灰口端斜向前且朝向喷漆转盘的外周延伸，多个锈渣吸尘器的进灰口沿喷漆转盘的周向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，其特征在于：所述的两个轮式双足行走单元分别通过对应的关节轴承与行走电动推杆连接。
3.根据权利要求1所述的一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，其特征在于：所述的定位支撑机构的四个水平导向杆上均套装有压簧，每个压簧的内端均与支撑板固定连接，每个压簧的外端均与安装框架固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，其特征在于：所述的弹簧减震导向轮机构的每个定位导向杆的内端均固定有限位卡扣。
5.根据权利要求1所述的一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，其特征在于：所述的打磨机构包括有四个惯性条、四个弹簧和四个打磨轮，每个惯性条的中部均设置有条形导槽，条形导槽上滑动连接有滚轮，每个弹簧的外端与对应的滚轮连接。
6.根据权利要求1所述的一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，其特征在于：所述的喷漆转盘上连接有气液滑环，多个喷嘴均通过气液滑环与油漆抽取泵连接。
7.根据权利要求1所述的一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，其特征在于：所述的其中一个从动作业单元的从动框架内设置有油漆备用罐和油漆输送泵，油漆备用罐与油漆输送泵的进口连接，油漆输送泵的出口与油漆罐连接。
8.根据权利要求1所述的一种集管道除锈喷漆功能的管道机器人，其特征在于：所述的喷漆机构包括有四个喷嘴和四个锈渣吸尘器，每个喷嘴与一个对应锈渣吸尘器的进灰口端朝向一致。
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