CN113910222A - 一种排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法，排管巡检用轮式爬管机器人包括基体部分、升降夹持导向部分、夹持驱动轮部分和集中电控部分。本发明采用整体攀爬在排管上并沿管爬行进行巡检作业的方式，夹持定位安装在排管上后，通过同步控制所有驱动辊轮的正向旋转动作或反向旋转动作实现相对于排管沿排管轴向方向的沿管爬行移动，通过协同配合控制左基体升降控制机构和右基体升降控制机构可以实现跨越位于前后方向上的障碍物，通过协同控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ可以实现沿左右方向进行跨越排管作业，能够实现无人值守的自动爬管移动、并可以通过加装传感器实现巡检，特别适用于大中型冷库制冷排管的除霜作业。

Description

一种排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法

技术领域

本发明涉及一种巡检机器人的控制方法，具体是一种适用于对排管进行自动巡检的轮式爬管机器人的控制方法，属于自动巡检技术领域。

背景技术

并排平行定位设置的多根管路结构简称排管结构，如为满足变电站电缆进出线通道和架空线入地的要求、为沿线地块供电配套提供电力通道的电力排管；如为使冷空气在通道内形成烟道效应、加快换热对流以实现快速降温的冷库排管，均是排管结构。排管结构通常是架设安装，如电力排管通常是架设安装在电缆沟内、冷库排管通常是架设安装在冷库内壁上，这种架设安装的方式通常是通过人为直观观察的方式对管路进行检查，不仅巡检人员劳动强度大、效率低，而且受空间或排管使用条件的限制，往往无法实现准确对管路的检查。

以冷库排管为例，冷库一般通过压缩机制冷，利用气化温度很低的液体(氨或氟里昂)作为冷却剂，使其在低压和机械控制的条件下蒸发，吸收贮藏库内的热量，从而达到冷却降温的目的。为了避免冷库的低温环境对所冷藏物品品质的影响，冷库在维持低温环境的同时通常也需要对冷库内部进行湿度调节。然而低温高湿度的环境控制极易造成冷库制冷排管的表面结霜，冷库制冷排管表面结霜不仅妨碍冷库制冷排管的冷量传导与散发、影响辐射制冷能力，而且会使制冷排管表面热阻增大、进而增加压缩机的功耗，当冷库制冷排管表面的霜层厚度达到一定程度时，制冷效率甚至下降到30％以下，不仅会导致电能较消耗大、而且会缩短压缩机的使用寿命。因此冷库通常需对冷库排管进行巡检、并在适当的周期内进行除霜操作。

传统的冷库制冷排管除霜方式有直接将热的高温气态冷凝剂不经截流进入蒸发器的热气除霜方式、用常温水喷淋冷却蒸发器的喷水除霜方式、在制冷排管上安装电热管的电加热除霜方式以及人工将冷库制冷排管上的霜层(冰层)剔除的人工除霜方式。热气除霜方式虽施工简单、维护方便，但易造成库温波动较大、影响冷冻冷藏质量；喷水除霜方式虽除霜效果好，但它比较适合于空冷器，对于蒸发盘管难以操作，且也存在易造成库温波动较大、影响冷冻冷藏质量的问题；电加热除霜方式多用于中、小型冷库制冷排管，但安装电热丝不仅施工难度大，而且安装后维护管理难度大、安全系数相对较低；人工除霜方式适用于小型冷库制冷排管，但操作人员不仅劳动强度大、除霜不彻底，而且易造成制冷排管的变形、甚至导致冷媒泄漏事故。

现有技术中出现有针对大型冷库的巡检除霜机器人，但多是包括可沿地面行走的行走底盘的地面行走式结构，然而冷库内存放的物品通常是为有效利用空间而密集码垛摆放，这就造成不仅需额外留出供除霜机器人行走的通道、不经济，而且除霜机器人悬伸的机械臂在作业过程中通常会与码垛的物品产生干涉，进而造成存在无法作业的区域、整体除霜效果并不理想；而可沿冷库内壁平移巡检除霜的除霜机器人，通过机械臂沿悬挂在冷库内壁上的导轨进行平移移动的方式需在冷库内壁上额外设置导轨定位安装位置，而导轨安装位置往往与已有冷库内壁的制冷排管位置产生干涉，这就造成不方便、甚至无法针对已有冷库进行加装这种贴壁移动式巡检除霜机器人。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法，针对排管结构能够实现无人值守的自动爬管移动和巡检，特别适用于大中型冷库制冷排管的除霜作业。

为了实现上述目的，本排管巡检用轮式爬管机器人包括基体部分、升降夹持导向部分、夹持驱动轮部分和集中电控部分；

所述的基体部分包括主基体和副基体；主基体至少设置为一件，副基体至少包括相对于主基体左右对称设置的左基体和右基体；主基体上设有左右对称设置的左基体升降控制机构和右基体升降控制机构，左基体升降控制机构和右基体升降控制机构均是摆动升降结构，摆动升降结构包括摆动驱动电机、摆动传动部件和摆动输出杆，摆动驱动电机的动力输出轴沿左右方向设置，摆动输出杆与摆动驱动电机的动力输出轴平行设置，摆动传动部件分别与摆动输出杆和摆动驱动电机的动力输出轴固定安装连接，摆动输出杆的轴线与摆动驱动电机动力输出轴的轴线之间的距离尺寸形成摆动升降行程、且摆动升降行程至少大于排管的单根管路的直径尺寸，左基体升降控制机构的摆动输出杆与左基体滚动配合安装连接，右基体升降控制机构的摆动输出杆与右基体滚动配合安装连接；

所述的升降夹持导向部分包括夹持卡爪组件，夹持卡爪组件包括左右对称设置的卡爪以及卡爪张合控制机构，两个卡爪闭合状态时两个卡爪之间可形成与排管的单根管路外径尺寸配合的管路容纳空间；夹持卡爪组件至少设置为一套、且一套夹持卡爪组件设置在主基体的正下方；

所述的夹持驱动轮部分包括驱动轮组件，驱动轮组件包括驱动轮支撑体和驱动辊轮，中轴线竖直方向设置的驱动辊轮定位安装在驱动轮支撑体的下方，驱动辊轮与驱动辊轮驱动电机传动连接；相对于左基体前后对称设置的两套驱动轮组件形成左夹持驱动轮部分、且左夹持驱动轮部分的两套驱动轮组件的驱动轮支撑体均通过沿左右方向设置的滑移导向机构Ⅰ以及滑移驱动部件Ⅰ与左基体安装连接，相对于右基体前后对称设置的两套驱动轮组件形成右夹持驱动轮部分、且右夹持驱动轮部分的两套驱动轮组件的驱动轮支撑体均通过沿左右方向设置的滑移导向机构Ⅱ以及滑移驱动部件Ⅱ与右基体安装连接，滑移导向机构Ⅰ和滑移导向机构Ⅱ的滑移行程至少大于排管的单根管路的直径尺寸；

所述的集中电控部分包括控制器、距离传感器、副基体升降控制回路、卡爪张合控制回路、左夹持驱动轮控制回路和右夹持驱动轮控制回路，距离传感器安装在主基体和/或副基体上，控制器分别与距离传感器、摆动驱动电机、卡爪张合控制机构、驱动辊轮驱动电机、滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ电连接；

以排管组件中第n根管路为中间基准，自左至右与第n根管路相邻的是第n-1根管路和第n+1根管路；初始状态时，排管巡检用轮式爬管机器人的驱动辊轮距离主基体的高度尺寸与两个卡爪之间的管路容纳空间距离主基体的高度尺寸相同；排管巡检用轮式爬管机器人使用时，先通过控制器控制卡爪张合控制机构动作使两个卡爪同步张开、并使两个卡爪之间的管路容纳空间正对第n根管路的位置，再通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置、通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分正对第n+1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后通过控制器控制卡爪张合控制机构动作使两个卡爪同步闭合、将第n根管路夹持在管路容纳空间内，然后通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步左移贴靠在第n-1根管路上、或者通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步右移贴靠在第n根管路上，通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步右移贴靠在第n+1根管路上、或者通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步左移贴靠在第n根管路上，实现排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于排管组件的夹持定位安装，控制器通过同步控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机的正向旋转动作或反向旋转动作实现排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于排管组件沿排管轴向方向的沿管爬行移动。

在排管巡检用轮式爬管机器人沿管爬行的前方具有障碍物时，控制器根据距离传感器的反馈使排管巡检用轮式爬管机器人整体向前沿管爬行移动至位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮和右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮贴近障碍物的设定位置后，控制器控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机停止动作，采用自左至右依次控制、并向前步进越障的方式：控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后控制器控制左基体升降控制机构的摆动升降驱动电机动作带动摆动传动部件绕摆动升降驱动电机动力输出轴的轴心正向旋转180°、使左夹持驱动轮部分先升起后降下复位的同时向前迈进两个摆动升降行程的步距，然后控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步左移贴靠在第n-1根管路上、或者同步右移贴靠在第n根管路上后，完成位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮的越障作业；然后控制器通过控制右基体升降控制机构的摆动升降驱动电机动作使位于右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮向前翻越障碍物，再控制右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步右移贴靠在第n+1根管路上、或者同步左移贴靠在第n根管路上，完成位于右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮的越障作业；控制器控制卡爪张合控制机构动作使两个卡爪同步完全张开呈避让障碍物的状态后，控制器控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机动作使排管巡检用轮式爬管机器人整体继续向前沿管爬行，待距离传感器反馈夹持卡爪组件整体越过障碍物后，控制器控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机停止动作，同时控制器控制卡爪张合控制机构动作使两个卡爪同步闭合、使第n根管路重新被夹持在管路容纳空间内，实现夹持卡爪组件的越障作业；然后进行左基体升降控制机构的摆动传动部件和右基体升降控制机构的摆动传动部件的复位操作，控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后控制器控制左基体升降控制机构的摆动升降驱动电机动作带动摆动传动部件绕摆动升降驱动电机动力输出轴的轴心正向旋转180°或反向旋转180°、使左夹持驱动轮部分先降下后升起复位、或先升起后降下复位的同时向后迈进两个摆动升降行程的步距，控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步左移贴靠在第n-1根管路上、或者同步右移贴靠在第n根管路上后，完成左基体升降控制机构的摆动传动部件的复位作业，控制器通过控制右基体升降控制机构的摆动升降驱动电机动作使右基体升降控制机构的摆动传动部件进行复位动作，控制器控制右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步右移贴靠在第n+1根管路上、或者同步左移贴靠在第n根管路上，完成右基体升降控制机构的摆动传动部件的复位作业；然后控制器控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机动作使排管巡检用轮式爬管机器人整体继续向前沿管爬行，控制器根据距离传感器的反馈使排管巡检用轮式爬管机器人整体向前沿管爬行移动至位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮贴近障碍物的设定位置后，控制器控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机停止动作，控制器控制左基体升降控制机构的摆动升降驱动电机动作带动摆动传动部件绕摆动升降驱动电机动力输出轴的轴心正向旋转180°、使位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮实现越障作业，控制器控制右基体升降控制机构的摆动升降驱动电机动作带动摆动传动部件绕摆动升降驱动电机动力输出轴的轴心正向旋转180°、使位于右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮实现越障作业；排管巡检用轮式爬管机器人整体继续沿管爬行设定距离、并使左基体升降控制机构的摆动传动部件和右基体升降控制机构的摆动传动部件再次复位后，完成排管巡检用轮式爬管机器人整体沿管爬行的越障作业；

在排管巡检用轮式爬管机器人沿管爬行的后方具有障碍物时，控制器根据距离传感器的反馈使排管巡检用轮式爬管机器人整体向后沿管爬行移动至位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮贴近障碍物的设定位置后，控制器控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机停止动作，采用自左至右依次控制、并向后步进越障的方式：先控制位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮进行向后方向的越障作业、再控制位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮和右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮进行向后方向的越障作业。

在排管巡检用轮式爬管机器人沿管前后方向爬行至排管端部后，控制器控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机停止动作，进行向左侧方向的跨管作业：控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后控制器控制左基体升降控制机构的摆动升降驱动电机动作带动摆动传动部件绕摆动升降驱动电机动力输出轴的轴心正向旋转90°、使左夹持驱动轮部分跟随左基体升起至极限位置，然后控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步左移跨越第n-1根管路、控制器再控制左基体升降控制机构的摆动升降驱动电机动作带动摆动传动部件绕摆动升降驱动电机动力输出轴的轴心继续正向旋转90°或反向旋转90°使左夹持驱动轮部分复位至夹持初始高度位置、控制器最后控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮同步右移贴靠在第n-1根管路上，完成左夹持驱动轮部分的跨管作业；控制器通过配合控制右基体升降控制机构和滑移驱动部件Ⅱ的动作使右夹持驱动轮部分的驱动辊轮向左跨越第n根管路后贴靠在第n根管路上，完成右夹持驱动轮部分的跨管作业；然后控制器先控制卡爪张合控制机构动作使两个卡爪同步张开至极限位置缩入位于第n根管路的上方的状态，控制器再同步控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ反向动作、使副基体带动主基体整体相对于左夹持驱动轮部分和右夹持驱动轮部分向左移动，控制器根据距离传感器的反馈、待两个卡爪之间的管路容纳空间位于第n-1根管路的正上方时控制器控制主基体停止左移，控制器最后控制卡爪张合控制机构动作使两个卡爪同步闭合、使第n-1根管路夹持在管路容纳空间内，完成排管巡检用轮式爬管机器人整体向左侧平移的跨管作业；

或者进行向右侧方向的跨管作业：先控制右夹持驱动轮部分进行向右侧方向的跨管作业，再控制左夹持驱动轮部分进行向右侧方向的跨管作业，最后控制主基体进行向右侧方向的跨管作业。

作为本发明的进一步改进方案，左基体和右基体上也分别设有夹持卡爪组件，位于左基体左侧的夹持卡爪组件通过沿竖直方向伸缩设置的夹持卡爪组件升降机构和沿左右方向伸缩设置的夹持卡爪组件平移机构悬伸安装在左基体上，位于右基体右侧的夹持卡爪组件通过沿竖直方向伸缩设置的夹持卡爪组件升降机构和沿左右方向伸缩设置的夹持卡爪组件平移机构悬伸安装在右基体上，控制器分别与夹持卡爪组件升降机构和夹持卡爪组件平移机构电连接；

位于主基体正下方的夹持卡爪组件卡接在第n根管路上，位于左基体左侧的夹持卡爪组件通过控制其夹持卡爪组件升降机构和夹持卡爪组件平移机构卡接在第n-1根管路上、位于右基体右侧的夹持卡爪组件通过控制其夹持卡爪组件升降机构和夹持卡爪组件平移机构卡接在第n+1根管路上；

越障过程中，控制器控制第n根管路上方的夹持卡爪组件使其两个卡爪均缩入呈避让障碍物状态的同时，控制器控制第n-1根管路上方的夹持卡爪组件使其两个卡爪同步张开至极限位置后、控制第n-1根管路上方的夹持卡爪组件的夹持卡爪组件升降机构使第n-1根管路上方的夹持卡爪组件提升呈避让障碍物的状态，控制器控制第n+1根管路上方的夹持卡爪组件使其两个卡爪同步张开至极限位置后、控制第n+1根管路上方的夹持卡爪组件的夹持卡爪组件升降机构使第n+1根管路上方的夹持卡爪组件提升呈避让障碍物的状态，然后再控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机动作使排管巡检用轮式爬管机器人整体继续沿管爬行，待所有的夹持卡爪组件越过障碍物后，控制器控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机停止动作的同时控制所有的夹持卡爪组件复位至夹持管路的状态；

跨管作业过程中，向左侧跨管时，在完成左夹持驱动轮部分的跨管作业和右夹持驱动轮部分的跨管作业后，控制器先控制位于左基体左侧的夹持卡爪组件松开第n-1根管路、再控制位于左基体左侧的夹持卡爪组件的夹持卡爪组件升降机构动作使位于左基体左侧的夹持卡爪组件升起、然后控制位于左基体左侧的夹持卡爪组件的夹持卡爪组件平移机构动作使位于左基体左侧的夹持卡爪组件左移对正第n-2根管路、最后控制位于左基体左侧的夹持卡爪组件降下卡接在第n-2根管路上，控制器控制位于主基体正下方的夹持卡爪组件松开第n根管路并升起后，控制器同步控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ反向动作、使副基体带动主基体整体相对于左夹持驱动轮部分和右夹持驱动轮部分向左移动的同时，同步控制左侧的夹持卡爪组件平移机构和右侧的夹持卡爪组件平移机构动作，实现位于左基体左侧的夹持卡爪组件和位于右基体右侧的夹持卡爪组件均处于夹持管路状态下的主基体整体左移，主基体整体左移后再控制位于右基体右侧的夹持卡爪组件向左侧跨管；向右侧跨管时，在完成左夹持驱动轮部分的跨管作业和右夹持驱动轮部分的跨管作业后，控制器先控制位于右基体右侧的夹持卡爪组件向右跨管，主基体整体右移后再控制位于左基体左侧的夹持卡爪组件向右侧跨管。

作为本发明的一种实施方式，卡爪张合控制机构是平行四边形连杆结构，卡爪组件机体上铰接设有包括相同长度且上下平行设置的上连杆和下连杆的平行连杆组件，平行连杆组件相对于卡爪组件机体左右对称设置为两组、且两组平行连杆组件分别与两个卡爪铰接安装连接，卡爪、上连杆、卡爪组件机体和下连杆共同围成平行四边形连杆结构；卡爪张合控制机构还包括可控制上连杆或下连杆上下摆动的卡爪张合驱动部件；设置在主基体正下方的夹持卡爪组件通过夹持卡爪组件升降机构与主基体安装连接，夹持卡爪组件升降机构与控制器电连接；

通过卡爪张合驱动部件控制平行四边形连杆结构的变形实现控制两个卡爪的同步张开或闭合，通过控制夹持卡爪组件升降机构的动作实现控制位于主基体正下方的夹持卡爪组件相对于主基体的升降运动。

与现有技术相比，本排管巡检用轮式爬管机器人采用整体攀爬在排管上并沿管爬行进行巡检作业的方式，由于主基体的正下方设有夹持卡爪组件、主基体左右对称设有左基体和右基体，且相对于左基体前后对称设置的两套驱动轮组件形成左夹持驱动轮部分、相对于右基体前后对称设置的两套驱动轮组件形成右夹持驱动轮部分，因此在通过控制两个卡爪闭合后将管路卡接在两个卡爪之间的管路容纳空间内后，可通过控制左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮和右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮分别压紧贴靠在两个卡爪卡接的管路上、或分别压紧贴靠在相对于两个卡爪卡接的管路的左右相邻管路上，即可实现本排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于排管的夹持定位安装，通过同步控制所有驱动辊轮的驱动辊轮驱动电机的正向旋转动作或反向旋转动作，即可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于排管沿排管轴向方向的沿管爬行移动；由于主基体通过左基体升降控制机构和右基体升降控制机构分别与左基体和右基体安装连接、且左基体升降控制机构和右基体升降控制机构均是以沿水平左右方向的轴线作为旋转摆动轴线的摆动升降结构，因此通过分别控制左基体升降控制机构和右基体升降控制机构，可以实现分别控制左基体带动左夹持驱动轮部分和右基体带动右夹持驱动轮部分的沿前后及上下方向摆动位移，通过合理设置摆动升降行程以及分步协同控制左基体升降控制机构和右基体升降控制机构的动作，进而可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人沿排管轴向方向爬行过程中跨越位于前后方向上的障碍物；由于左夹持驱动轮部分的两套驱动轮组件的驱动轮支撑体均通过沿左右方向设置的滑移导向机构Ⅰ以及滑移驱动部件Ⅰ与左基体安装连接、右夹持驱动轮部分的两套驱动轮组件的驱动轮支撑体均通过沿左右方向设置的滑移导向机构Ⅱ以及滑移驱动部件Ⅱ与右基体安装连接，因此通过分步协同控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ的动作，可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人沿左右方向进行跨越排管作业，进而可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人沿排管进行S形走向的连续爬行巡检；针对冷库排管除霜作业，无需在冷库内额外设置除霜机器人行走通道，可最大限度降低智能除霜机器人在冷库内的额外空间占用、且便于对已有冷库进行加装使用，不仅可以实现无人值守的自动巡航和除霜作业，而且可以最大限度保持库温相对恒定、降低冷库能耗，特别适用于大中型冷库制冷排管的除霜作业。

附图说明

图1是排管巡检用轮式爬管机器人的三维结构示意图；

图2是图1底部视角的三维结构示意图；

图3是排管巡检用轮式爬管机器人主基体的三维内部结构示意图；

图4是排管巡检用轮式爬管机器人夹持卡爪组件的三维结构示意图；

图5是图3去除卡爪组件机体后的三维结构示意图；

图6是排管巡检用轮式爬管机器人驱动轮组件的三维结构示意图；

图7是排管巡检用轮式爬管机器人攀爬在制冷排管上时的三维结构示意图；

图8是图7的局部放大视图；

图9是以摆动升降驱动电机动力输出轴的轴向方向为视角时越障作业的过程示意图，其中(a)是左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮贴近支撑角铁后的结构示意图、(b)是摆动升降驱动电机动力输出轴正向旋转90°后的结构示意图、(c)是摆动升降驱动电机动力输出轴正向旋转180°后的结构示意图；

图10是排管巡检用轮式爬管机器人设有多个夹持卡爪组件的三维结构示意图；

图11是排管巡检用轮式爬管机器人设有多个夹持卡爪组件时攀爬在制冷排管上的三维结构示意图；

图12是排管巡检用轮式爬管机器人设有多个主基体和多个夹持卡爪组件时的三维结构示意图。

图中：1、主基体，11、左基体升降控制机构，12、右基体升降控制机构，13、摆动升降驱动电机，14、摆动传动部件，15、摆动输出杆，16、夹持卡爪组件升降机构，17、夹持卡爪组件平移机构，2、副基体，21、左基体，22、右基体，3、夹持卡爪组件，31、卡爪，32、卡爪张合控制机构，33、卡爪组件机体，34、上连杆，35、下连杆，36、卡爪张合驱动部件，37、滚轮，4、驱动轮组件，41、驱动轮支撑体，42、驱动辊轮，5、制冷排管组件，51、支撑角铁，52、箍环。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明(以下以本排管巡检用轮式爬管机器人沿管纵向爬行的方向为前后方向、以本排管巡检用轮式爬管机器人横向跨管爬行的方向为左右方向进行描述)。

本排管巡检用轮式爬管机器人包括基体部分、升降夹持导向部分、夹持驱动轮部分和集中电控部分。

如图1、图2所示，所述的基体部分包括主基体1和副基体2；主基体1至少设置为一件，副基体2至少包括相对于主基体1左右对称设置的左基体21和右基体22；主基体1上设有左右对称设置的左基体升降控制机构11和右基体升降控制机构12，左基体升降控制机构11和右基体升降控制机构12均是摆动升降结构，如图3所示，摆动升降结构包括摆动升降驱动电机13、摆动传动部件14和摆动输出杆15，摆动升降驱动电机13的动力输出轴沿左右方向设置，摆动输出杆15与摆动升降驱动电机13的动力输出轴平行设置，摆动传动部件14分别与摆动输出杆15和摆动升降驱动电机13的动力输出轴固定安装连接，摆动输出杆15的轴线与摆动升降驱动电机13动力输出轴的轴线之间的距离尺寸形成摆动升降行程、且摆动升降行程至少大于排管的单根管路的直径尺寸，为增加刚度和摆动动作的稳定性，摆动传动部件14可以是如图3所示的偏心盘结构，左基体升降控制机构11的摆动输出杆15与左基体21滚动配合安装连接，右基体升降控制机构12的摆动输出杆15与右基体22滚动配合安装连接，通过控制左基体升降控制机构11的摆动升降驱动电机13动作可以实现控制左基体21沿前后方向的摆动动作和沿上下方向的升降动作，通过控制右基体升降控制机构12的摆动升降驱动电机13的动作可以实现控制右基体22沿前后方向的摆动动作和沿上下方向的升降动作。

所述的升降夹持导向部分包括夹持卡爪组件3，如图4、图5所示，夹持卡爪组件3包括左右对称设置的卡爪31以及卡爪张合控制机构32，包括卡爪张合驱动部件36的卡爪张合控制机构32可以是曲臂摇杆机构、也可以是如图4所示的平行四边形连杆结构等其他卡爪张合控制结构，通过控制卡爪张合控制机构32的动作可以实现两个卡爪31的同步张开或闭合，两个卡爪31闭合状态时两个卡爪31之间可形成与排管的单根管路外径尺寸配合的管路容纳空间；如图1、图2所示，夹持卡爪组件3至少设置为一套、且一套夹持卡爪组件3设置在主基体1的正下方。

所述的夹持驱动轮部分包括驱动轮组件4，如图6所示，驱动轮组件4包括驱动轮支撑体41和驱动辊轮42，中轴线竖直方向设置的驱动辊轮42定位安装在驱动轮支撑体41的下方，驱动辊轮42与驱动辊轮驱动电机传动连接，驱动辊轮驱动电机可以是固定设置在驱动轮支撑体41内部的外置式驱动电机结构、也可以是同轴设置在驱动辊轮42内部的内置式轮毂电机结构，通过控制驱动辊轮驱动电机的动作可以实现控制驱动辊轮42的正向旋转或反向旋转；如图1、图2所示，相对于左基体21前后对称设置的两套驱动轮组件4形成左夹持驱动轮部分、且左夹持驱动轮部分的两套驱动轮组件4的驱动轮支撑体41均通过沿左右方向设置的滑移导向机构Ⅰ以及滑移驱动部件Ⅰ与左基体21安装连接，相对于右基体22前后对称设置的两套驱动轮组件4形成右夹持驱动轮部分、且右夹持驱动轮部分的两套驱动轮组件4的驱动轮支撑体41均通过沿左右方向设置的滑移导向机构Ⅱ以及滑移驱动部件Ⅱ与右基体22安装连接，滑移导向机构Ⅰ和滑移导向机构Ⅱ可以是导向槽以及配合设置在导向槽内的导向轴结构、也可以是如图9所示的配合设置的燕尾槽以及燕尾凸起等其他直线导向结构，且滑移导向机构Ⅰ和滑移导向机构Ⅱ的滑移行程至少大于排管的单根管路的直径尺寸，滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ可以是伸缩缸结构、也可以是配合设置的齿轮齿条结构等其他直线往复驱动结构，通过控制滑移驱动部件Ⅰ的动作可以实现控制左夹持驱动轮部分相对于左基体21左右移动并定位、通过控制滑移驱动部件Ⅱ的动作可以实现控制右夹持驱动轮部分相对于右基体22左右移动并定位。

所述的集中电控部分包括控制器、距离传感器、副基体升降控制回路、卡爪张合控制回路、左夹持驱动轮控制回路和右夹持驱动轮控制回路，距离传感器安装在主基体1和/或副基体2上，控制器分别与距离传感器、摆动升降驱动电机13、卡爪张合控制机构32、驱动辊轮驱动电机、滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ电连接。

以下以冷库排管为例描述本排管巡检用轮式爬管机器人的爬管工作原理：如图7所示，冷库的制冷排管组件5包括沿左右方向均布间隔并排设置的多根管路、且多根管路整体通过箍环52定位架设在支撑角铁51上，以制冷排管组件5中第n根管路为中间基准，第n根管路右侧方向上并排依次是第n+1根管路、第n+2根管路、第n+3根管路、……，对应的第n根管路左侧方向上依次并排是第n-1根管路、第n-2根管路、第n-3根管路、……，初始状态时，驱动辊轮42距离主基体1的高度尺寸与两个卡爪31之间的管路容纳空间距离主基体1的高度尺寸相同；先通过控制器控制卡爪张合控制机构32动作使两个卡爪31同步张开、并使两个卡爪31之间的管路容纳空间正对第n根管路的位置，再通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置、通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分正对第n+1根管路与第n根管路之间的空档位置，将本排管巡检用轮式爬管机器人整体通过两个卡爪31之间的管路容纳空间卡接在第n根管路上后，通过控制器控制卡爪张合控制机构32动作使两个卡爪31同步闭合、使第n根管路夹持在管路容纳空间内，此时左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42即位于第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置、右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42即位于第n+1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步左移贴靠在第n-1根管路上(或通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步右移贴靠在第n根管路上)、通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步右移贴靠在第n+1根管路上(或通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步左移贴靠在第n根管路上)，即实现本排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于制冷排管组件5的夹持定位安装，控制器通过同步控制所有驱动辊轮42的驱动辊轮驱动电机的正向旋转动作或反向旋转动作，即可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于制冷排管组件5沿前后方向的沿管爬行移动，可以在主基体1和/或副基体2上安装包括除霜传感器的除霜执行机构，除霜传感器可以包括可用于直接获取制冷排管图像的模式识别摄像头、或可用于获取制冷排管温度的红外探头、或可用于获取霜层声呐信号的声呐探头等传感器，除霜执行机构可以是可产生融霜热蒸汽的蒸汽发生机构、或可产生融霜热辐射的热辐射发生机构、或可供应融霜热水的融霜水供应机构等融霜机构，即可实现本排管巡检用轮式爬管机器人整体沿前后方向沿管爬行移动过程中对制冷排管组件5进行巡检及除霜作业；

如图8所示，以本排管巡检用轮式爬管机器人沿管前后方向爬行的前方具有支撑角铁51及箍环52安装位置障碍物为例，根据距离传感器的反馈，当本排管巡检用轮式爬管机器人整体向前沿管爬行移动至位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮42和右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮42贴近支撑角铁51的设定位置后，如图9所示，控制器控制所有驱动辊轮42的驱动辊轮驱动电机停止动作，以自左至右依次控制、并向前步进越障为例，控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后如图9(a)至图9(c)所示，控制器控制左基体升降控制机构11的摆动升降驱动电机13动作带动摆动传动部件14绕摆动升降驱动电机13动力输出轴的轴心正向旋转180°、使左夹持驱动轮部分跟随左基体21先升起后降下复位的同时向前迈进两个摆动升降行程的步距，位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮42即翻越箍环52安装位置、并位于箍环52安装位置前方，而位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42仍位于箍环52安装位置后方，控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步左移贴靠在第n-1根管路上(或同步右移贴靠在第n根管路上)后，完成位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮42的越障作业，同理，控制器通过控制右基体升降控制机构12的摆动升降驱动电机13动作使位于右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮42向前翻越箍环52安装位置、并控制右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步右移贴靠在第n+1根管路上(或同步左移贴靠在第n根管路上)，完成位于右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮42的越障作业；然后控制器控制卡爪张合控制机构32动作使两个卡爪31同步张开，可以通过合理设置卡爪31的张开行程、可以使两个卡爪31同步张开至极限位置时两个卡爪31均缩入位于第n根管路的上方呈避让障碍物的状态，然后控制器控制所有驱动辊轮42的驱动辊轮驱动电机动作使本排管巡检用轮式爬管机器人整体继续向前沿管爬行，待根据距离传感器的反馈、夹持卡爪组件3整体越过箍环52安装位置后，控制器控制所有驱动辊轮42的驱动辊轮驱动电机停止动作，同时控制器控制卡爪张合控制机构32动作使两个卡爪31同步闭合、使第n根管路重新夹持在管路容纳空间内，实现夹持卡爪组件3的越障作业；然后进行左基体升降控制机构11的摆动传动部件14和右基体升降控制机构12的摆动传动部件14的复位操作、以便于后续的位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42的越障作业和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42的越障作业，以自左至右依次控制、并向后步进复位为例，控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后控制器控制左基体升降控制机构11的摆动升降驱动电机13动作带动摆动传动部件14绕摆动升降驱动电机13动力输出轴的轴心继续正向旋转180°(或反向旋转180°)、使左夹持驱动轮部分跟随左基体21先降下后升起复位(或先升起后降下复位)的同时向后迈进两个摆动升降行程的步距，控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步左移贴靠在第n-1根管路上(或同步右移贴靠在第n根管路上)后，完成左基体升降控制机构11的摆动传动部件14的复位作业，同理，控制器通过控制右基体升降控制机构12的摆动升降驱动电机13动作使右基体升降控制机构12的摆动传动部件14进行复位动作、并控制右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步右移贴靠在第n+1根管路上(或同步左移贴靠在第n根管路上)，完成右基体升降控制机构12的摆动传动部件14的复位作业；然后控制器控制所有驱动辊轮42的驱动辊轮驱动电机动作使本排管巡检用轮式爬管机器人整体继续向前沿管爬行，根据距离传感器的反馈，当本排管巡检用轮式爬管机器人整体向前沿管爬行移动至位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42贴近支撑角铁51的设定位置后，控制器控制所有驱动辊轮42的驱动辊轮驱动电机停止动作，同前所述，控制器控制左基体升降控制机构11的摆动升降驱动电机13动作带动摆动传动部件14绕摆动升降驱动电机13动力输出轴的轴心正向旋转180°、使位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42实现越障作业，控制器控制右基体升降控制机构12的摆动升降驱动电机13动作带动摆动传动部件14绕摆动升降驱动电机13动力输出轴的轴心正向旋转180°、使位于右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42实现越障作业，本排管巡检用轮式爬管机器人整体继续沿管爬行设定距离、并使左基体升降控制机构11的摆动传动部件14和右基体升降控制机构12的摆动传动部件14再次复位后，完成本排管巡检用轮式爬管机器人整体沿管爬行的越障作业；本排管巡检用轮式爬管机器人沿管前后方向爬行的后方具有支撑角铁51及箍环52安装位置障碍物时，先控制位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮42进行向后方向的越障作业、再控制位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮42和右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮42进行向后方向的越障作业即可，在此不再进行详述。沿前后方向的越障作业完成后，可继续控制排管巡检用轮式爬管机器人沿管前后方向爬行进行巡检及除霜作业。

在本排管巡检用轮式爬管机器人沿管前后方向爬行至排管端部后，控制器控制所有驱动辊轮42的驱动辊轮驱动电机停止动作，进行沿左右方向的跨管作业，以本排管巡检用轮式爬管机器人向左侧平移跨管操作为例，控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后如图9(b)所示，控制器控制左基体升降控制机构11的摆动升降驱动电机13动作带动摆动传动部件14绕摆动升降驱动电机13动力输出轴的轴心正向旋转90°、使左夹持驱动轮部分跟随左基体21升起至极限位置，此时左夹持驱动轮部分的驱动辊轮42即相对提升至管路上方的位置，然后控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步左移跨越第n-1根管路、控制器再控制左基体升降控制机构11的摆动升降驱动电机13动作带动摆动传动部件14绕摆动升降驱动电机13动力输出轴的轴心继续正向旋转90°(或反向旋转90°)使左夹持驱动轮部分复位至初始高度位置、控制器最后控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42同步右移贴靠在第n-1根管路上，完成左夹持驱动轮部分的跨管作业；同理，控制器通过配合控制右基体升降控制机构12和滑移驱动部件Ⅱ的动作使右夹持驱动轮部分的驱动辊轮42向左跨越第n根管路后贴靠在第n根管路上，完成右夹持驱动轮部分的跨管作业；然后控制器先控制卡爪张合控制机构32动作使两个卡爪31同步张开至极限位置缩入位于第n根管路的上方的状态，控制器再同步控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ反向动作、使副基体2带动主基体1整体相对于左夹持驱动轮部分和右夹持驱动轮部分向左移动，根据距离传感器的反馈，待两个卡爪31之间的管路容纳空间位于第n-1根管路的正上方时控制器控制主基体1停止左移，控制器最后控制卡爪张合控制机构32动作使两个卡爪31同步闭合、使第n-1根管路夹持在管路容纳空间内，完成本排管巡检用轮式爬管机器人整体向左侧平移的跨管作业；本排管巡检用轮式爬管机器人向右侧平移跨管操作，先控制右夹持驱动轮部分进行向右侧方向的跨管作业、再控制左夹持驱动轮部分进行向右侧方向的跨管作业、最后控制主基体1进行向右侧方向的跨管作业即可，在此不再进行详述。沿左右方向的跨管作业完成后，可继续控制排管巡检用轮式爬管机器人沿管前后方向爬行进行巡检及除霜作业。

作为本发明夹持卡爪组件3的一种实施方式，如图4、图5所示，卡爪张合控制机构32是平行四边形连杆结构，卡爪组件机体33上铰接设有包括相同长度且上下平行设置的上连杆34和下连杆35的平行连杆组件，平行连杆组件相对于卡爪组件机体33左右对称设置为两组、且两组平行连杆组件分别与两个卡爪31铰接安装连接，卡爪31、上连杆34、卡爪组件机体33和下连杆35共同围成平行四边形连杆结构；卡爪张合控制机构32还包括可控制上连杆34或下连杆35上下摆动的卡爪张合驱动部件36，卡爪张合驱动部件36可以是分别设置在上连杆34与卡爪组件机体33的铰接连接位置或下连杆35与卡爪组件机体33的铰接连接位置的摆动驱动电机、也可以是如图5所示的通过蜗轮蜗杆结构同时与两件上连杆34配合传动连接的摆动驱动电机等结构，通过控制卡爪张合驱动部件36的动作可以实现控制平行四边形连杆结构的变形、进而实现控制两个卡爪31的同步张开或闭合。

在由于卡爪31的平行四边形连杆结构的结构特点而造成两个卡爪31的张开空间受限的情况下，为了实现顺利越障或跨管作业，作为本发明的进一步改进方案，如图1所示，设置在主基体1正下方的夹持卡爪组件3通过夹持卡爪组件升降机构16与主基体1安装连接，夹持卡爪组件升降机构16可以是竖直上下直线升降的升降缸结构、也可以是竖直上下直线升降的配合的齿轮齿条结构等其他直线升降结构，夹持卡爪组件升降机构16与控制器电连接，通过控制夹持卡爪组件升降机构16的动作可以实现控制夹持卡爪组件3相对于主基体1的升降运动，进而可实现顺利越障或跨管作业。

为了实现驱动辊轮42在排管管路上更好的夹持滚动效果，作为本发明的进一步改进方案，如图9所示，驱动辊轮42的辊轮面是与排管管路的外径尺寸配合的内凹辊轮面结构。

为了实现驱动辊轮42在排管管路上更好的夹持滚动效果，作为本发明的进一步改进方案，如图6所示，驱动辊轮42是麦克纳姆轮结构、麦克纳姆轮结构上与轮毂轴的轴心线呈45°角的多个辊子的辊面是与排管管路的外径尺寸配合的内凹辊面结构。

在本排管巡检用轮式爬管机器人整体沿前后方向沿管爬行移动过程中，为了减少闭合状态的两个卡爪31的内表面与排管管路之间的摩擦，作为本发明的进一步改进方案，如图4、图5所示，卡爪31的内表面上设有多个沿前后方向滚动设置的滚轮37。如此设置，在本排管巡检用轮式爬管机器人整体沿前后方向沿管爬行移动过程中，多个滚轮37可以贴靠在排管管路表面上进行滚动，可以实现减少摩擦的同时实现稳固导向。

为了增加本排管巡检用轮式爬管机器人整体沿管爬行及跨管作业过程中的稳固性，作为本发明的进一步改进方案，如图10所示，左基体21和右基体22上也分别设有夹持卡爪组件3，位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3通过沿竖直方向伸缩设置的夹持卡爪组件升降机构16和沿左右方向伸缩设置的夹持卡爪组件平移机构17悬伸安装在左基体21上，位于右基体22右侧的夹持卡爪组件3通过沿竖直方向伸缩设置的夹持卡爪组件升降机构16和沿左右方向伸缩设置的夹持卡爪组件平移机构17悬伸安装在右基体22上，夹持卡爪组件升降机构16和夹持卡爪组件平移机构17可以是伸缩缸结构、也可以是配合的齿轮齿条结构等其他直线伸缩结构，控制器分别与夹持卡爪组件升降机构16和夹持卡爪组件平移机构17电连接。如此设置，以位于主基体1正下方的夹持卡爪组件3卡接在第n根管路上为例，如图11所示，则位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3卡接在第n-1根管路上、位于右基体22右侧的夹持卡爪组件3卡接在第n+1根管路上，可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人整体沿前后方向爬行过程中的稳固性；跨管作业过程中，以向左侧跨管为例，在完成左夹持驱动轮部分的跨管作业和右夹持驱动轮部分的跨管作业后，控制器可以先控制位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3松开第n-1根管路、再控制位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3的夹持卡爪组件升降机构16动作使位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3升起、然后控制位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3的夹持卡爪组件平移机构17动作使位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3左移对正第n-2根管路、最后控制位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3降下卡接在第n-2根管路上，控制器控制位于主基体1正下方的夹持卡爪组件3松开第n根管路并升起后，控制器同步控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ反向动作、使副基体2带动主基体1整体相对于左夹持驱动轮部分和右夹持驱动轮部分向左移动的同时，同步控制左侧的夹持卡爪组件平移机构17和右侧的夹持卡爪组件平移机构17动作，实现位于左基体21左侧的夹持卡爪组件3和位于右基体22右侧的夹持卡爪组件3均处于夹持管路状态下的主基体1整体左移，主基体1整体左移后再控制位于右基体22右侧的夹持卡爪组件3向左跨管，可避免跨管过程中因滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ的同步动作造成驱动辊轮42脱离管路、进而造成跨管作业不稳定的问题。

为了提高本排管巡检用轮式爬管机器人整体沿管爬行巡检作业效率，作为本发明的进一步改进方案，如图12所示，主基体1串联连接设置为多个、且每个主基体1的正下方均设有夹持卡爪组件3，相邻的两个主基体1之间均通过副基体2连接、且每个副基体2上均前后对称设有驱动轮组件4，左基体21设置在位于最左端的主基体1的左侧，右基体22设置在位于最右端的主基体1的右侧，同前所述，左基体21和右基体22上也可以分别设有夹持卡爪组件3。如此设置，可以实现同时对排管的多根管路同时进行巡检作业。

本排管巡检用轮式爬管机器人可以采用通过电源线提供电能的有线控制的方式，也可以采用通过充电电池提供电能的无线控制方式，鉴于针对冷库排管区域化作业的前提下减小本排管巡检用轮式爬管机器人的整体体积和重量、便于实现更小的空间占用率，且避免频繁充电的问题，优选采用有线控制的方式。

本排管巡检用轮式爬管机器人采用整体攀爬在排管上并沿管爬行进行巡检作业的方式，在通过控制两个卡爪31闭合后将管路卡接在两个卡爪31之间的管路容纳空间内后，可通过控制左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42和右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮42分别压紧贴靠在两个卡爪31卡接的管路上、或分别压紧贴靠在相对于两个卡爪31卡接的管路的左右相邻管路上，即可实现本排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于排管的夹持定位安装，通过同步控制所有驱动辊轮42的驱动辊轮驱动电机的正向旋转动作或反向旋转动作，即可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于排管沿排管轴向方向的沿管爬行移动；通过分别控制左基体升降控制机构11和右基体升降控制机构12，可以实现分别控制左基体21带动左夹持驱动轮部分和右基体22带动右夹持驱动轮部分的沿前后及上下方向摆动位移，通过合理设置摆动升降行程以及分步协同控制左基体升降控制机构11和右基体升降控制机构12的动作，进而可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人沿排管轴向方向爬行过程中跨越位于前后方向上的障碍物；通过分步协同控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ的动作，可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人沿左右方向进行跨越排管作业，进而可以实现本排管巡检用轮式爬管机器人沿排管进行S形走向的连续爬行巡检；针对冷库排管除霜作业，无需在冷库内额外设置除霜机器人行走通道，可最大限度降低智能除霜机器人在冷库内的额外空间占用、且便于对已有冷库进行加装使用，不仅可以实现无人值守的自动巡航和除霜作业，而且可以最大限度保持库温相对恒定、降低冷库能耗，特别适用于大中型冷库制冷排管的除霜作业。

Claims (6)

1.一种排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法，其特征在于，排管巡检用轮式爬管机器人包括基体部分、升降夹持导向部分、夹持驱动轮部分和集中电控部分；

所述的基体部分包括主基体(1)和副基体(2)；主基体(1)至少设置为一件，副基体(2)至少包括相对于主基体(1)左右对称设置的左基体(21)和右基体(22)；主基体(1)上设有左右对称设置的左基体升降控制机构(11)和右基体升降控制机构(12)，左基体升降控制机构(11)和右基体升降控制机构(12)均是摆动升降结构，摆动升降结构包括摆动驱动电机(13)、摆动传动部件(14)和摆动输出杆(15)，摆动驱动电机(13)的动力输出轴沿左右方向设置，摆动输出杆(15)与摆动驱动电机(13)的动力输出轴平行设置，摆动传动部件(14)分别与摆动输出杆(15)和摆动驱动电机(13)的动力输出轴固定安装连接，摆动输出杆(15)的轴线与摆动驱动电机(13)动力输出轴的轴线之间的距离尺寸形成摆动升降行程、且摆动升降行程至少大于排管的单根管路的直径尺寸，左基体升降控制机构(11)的摆动输出杆(15)与左基体(21)滚动配合安装连接，右基体升降控制机构(12)的摆动输出杆(15)与右基体(22)滚动配合安装连接；

所述的升降夹持导向部分包括夹持卡爪组件(3)，夹持卡爪组件(3)包括左右对称设置的卡爪(31)以及卡爪张合控制机构(32)，两个卡爪(31)闭合状态时两个卡爪(31)之间可形成与排管的单根管路外径尺寸配合的管路容纳空间；夹持卡爪组件(3)至少设置为一套、且一套夹持卡爪组件(3)设置在主基体(1)的正下方；

所述的夹持驱动轮部分包括驱动轮组件(4)，驱动轮组件(4)包括驱动轮支撑体(41)和驱动辊轮(42)，中轴线竖直方向设置的驱动辊轮(42)定位安装在驱动轮支撑体(41)的下方，驱动辊轮(42)与驱动辊轮驱动电机传动连接；相对于左基体(21)前后对称设置的两套驱动轮组件(4)形成左夹持驱动轮部分、且左夹持驱动轮部分的两套驱动轮组件(4)的驱动轮支撑体(41)均通过沿左右方向设置的滑移导向机构Ⅰ以及滑移驱动部件Ⅰ与左基体(21)安装连接，相对于右基体(22)前后对称设置的两套驱动轮组件(4)形成右夹持驱动轮部分、且右夹持驱动轮部分的两套驱动轮组件(4)的驱动轮支撑体(41)均通过沿左右方向设置的滑移导向机构Ⅱ以及滑移驱动部件Ⅱ与右基体(22)安装连接，滑移导向机构Ⅰ和滑移导向机构Ⅱ的滑移行程至少大于排管的单根管路的直径尺寸；

所述的集中电控部分包括控制器、距离传感器、副基体升降控制回路、卡爪张合控制回路、左夹持驱动轮控制回路和右夹持驱动轮控制回路，距离传感器安装在主基体(1)和/或副基体(2)上，控制器分别与距离传感器、摆动驱动电机(13)、卡爪张合控制机构(32)、驱动辊轮驱动电机、滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ电连接；

以排管组件中第n根管路为中间基准，自左至右与第n根管路相邻的是第n-1根管路和第n+1根管路；初始状态时，排管巡检用轮式爬管机器人的驱动辊轮(42)距离主基体(1)的高度尺寸与两个卡爪(31)之间的管路容纳空间距离主基体(1)的高度尺寸相同；排管巡检用轮式爬管机器人使用时，先通过控制器控制卡爪张合控制机构(32)动作使两个卡爪(31)同步张开、并使两个卡爪(31)之间的管路容纳空间正对第n根管路的位置，再通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置、通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分正对第n+1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后通过控制器控制卡爪张合控制机构(32)动作使两个卡爪(31)同步闭合、将第n根管路夹持在管路容纳空间内，然后通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步左移贴靠在第n-1根管路上、或者通过控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步右移贴靠在第n根管路上，通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步右移贴靠在第n+1根管路上、或者通过控制器控制滑移驱动部件Ⅱ动作使右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步左移贴靠在第n根管路上，实现排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于排管组件的夹持定位安装，控制器通过同步控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机的正向旋转动作或反向旋转动作实现排管巡检用轮式爬管机器人整体相对于排管组件沿排管轴向方向的沿管爬行移动。

2.根据权利要求1所述的排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法，其特征在于，在排管巡检用轮式爬管机器人沿管爬行的前方具有障碍物时，控制器根据距离传感器的反馈使排管巡检用轮式爬管机器人整体向前沿管爬行移动至位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮(42)和右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮(42)贴近障碍物的设定位置后，控制器控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机停止动作，采用自左至右依次控制、并向前步进越障的方式：控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后控制器控制左基体升降控制机构(11)的摆动升降驱动电机(13)动作带动摆动传动部件(14)绕摆动升降驱动电机(13)动力输出轴的轴心正向旋转180°、使左夹持驱动轮部分先升起后降下复位的同时向前迈进两个摆动升降行程的步距，然后控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步左移贴靠在第n-1根管路上、或者同步右移贴靠在第n根管路上后，完成位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮(42)的越障作业；然后控制器通过控制右基体升降控制机构(12)的摆动升降驱动电机(13)动作使位于右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮(42)向前翻越障碍物，再控制右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步右移贴靠在第n+1根管路上、或者同步左移贴靠在第n根管路上，完成位于右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮(42)的越障作业；控制器控制卡爪张合控制机构(32)动作使两个卡爪(31)同步完全张开呈避让障碍物的状态后，控制器控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机动作使排管巡检用轮式爬管机器人整体继续向前沿管爬行，待距离传感器反馈夹持卡爪组件(3)整体越过障碍物后，控制器控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机停止动作，同时控制器控制卡爪张合控制机构(32)动作使两个卡爪(31)同步闭合、使第n根管路重新被夹持在管路容纳空间内，实现夹持卡爪组件(3)的越障作业；然后进行左基体升降控制机构(11)的摆动传动部件(14)和右基体升降控制机构(12)的摆动传动部件(14)的复位操作，控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后控制器控制左基体升降控制机构(11)的摆动升降驱动电机(13)动作带动摆动传动部件(14)绕摆动升降驱动电机(13)动力输出轴的轴心正向旋转180°或反向旋转180°、使左夹持驱动轮部分先降下后升起复位、或先升起后降下复位的同时向后迈进两个摆动升降行程的步距，控制器控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步左移贴靠在第n-1根管路上、或者同步右移贴靠在第n根管路上后，完成左基体升降控制机构(11)的摆动传动部件(14)的复位作业，控制器通过控制右基体升降控制机构(12)的摆动升降驱动电机(13)动作使右基体升降控制机构(12)的摆动传动部件(14)进行复位动作，控制器控制右夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步右移贴靠在第n+1根管路上、或者同步左移贴靠在第n根管路上，完成右基体升降控制机构(12)的摆动传动部件(14)的复位作业；然后控制器控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机动作使排管巡检用轮式爬管机器人整体继续向前沿管爬行，控制器根据距离传感器的反馈使排管巡检用轮式爬管机器人整体向前沿管爬行移动至位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮(42)和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮(42)贴近障碍物的设定位置后，控制器控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机停止动作，控制器控制左基体升降控制机构(11)的摆动升降驱动电机(13)动作带动摆动传动部件(14)绕摆动升降驱动电机(13)动力输出轴的轴心正向旋转180°、使位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮(42)实现越障作业，控制器控制右基体升降控制机构(12)的摆动升降驱动电机(13)动作带动摆动传动部件(14)绕摆动升降驱动电机(13)动力输出轴的轴心正向旋转180°、使位于右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮(42)实现越障作业；排管巡检用轮式爬管机器人整体继续沿管爬行设定距离、并使左基体升降控制机构(11)的摆动传动部件(14)和右基体升降控制机构(12)的摆动传动部件(14)再次复位后，完成排管巡检用轮式爬管机器人整体沿管爬行的越障作业；

在排管巡检用轮式爬管机器人沿管爬行的后方具有障碍物时，控制器根据距离传感器的反馈使排管巡检用轮式爬管机器人整体向后沿管爬行移动至位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮(42)和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮(42)贴近障碍物的设定位置后，控制器控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机停止动作，采用自左至右依次控制、并向后步进越障的方式：先控制位于左夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮(42)和右夹持驱动轮部分后部的驱动辊轮(42)进行向后方向的越障作业、再控制位于左夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮(42)和右夹持驱动轮部分前部的驱动辊轮(42)进行向后方向的越障作业。

3.根据权利要求2所述的排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法，其特征在于，左基体(21)和右基体(22)上也分别设有夹持卡爪组件(3)，位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)通过沿竖直方向伸缩设置的夹持卡爪组件升降机构(16)和沿左右方向伸缩设置的夹持卡爪组件平移机构(17)悬伸安装在左基体(21)上，位于右基体(22)右侧的夹持卡爪组件(3)通过沿竖直方向伸缩设置的夹持卡爪组件升降机构(16)和沿左右方向伸缩设置的夹持卡爪组件平移机构(17)悬伸安装在右基体(22)上，控制器分别与夹持卡爪组件升降机构(16)和夹持卡爪组件平移机构(17)电连接；

位于主基体(1)正下方的夹持卡爪组件(3)卡接在第n根管路上，位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)通过控制其夹持卡爪组件升降机构(16)和夹持卡爪组件平移机构(17)卡接在第n-1根管路上、位于右基体(22)右侧的夹持卡爪组件(3)通过控制其夹持卡爪组件升降机构(16)和夹持卡爪组件平移机构(17)卡接在第n+1根管路上；

越障过程中，控制器控制第n根管路上方的夹持卡爪组件(3)使其两个卡爪(31)均缩入呈避让障碍物状态的同时，控制器控制第n-1根管路上方的夹持卡爪组件(3)使其两个卡爪(31)同步张开至极限位置后、控制第n-1根管路上方的夹持卡爪组件(3)的夹持卡爪组件升降机构(16)使第n-1根管路上方的夹持卡爪组件(3)提升呈避让障碍物的状态，控制器控制第n+1根管路上方的夹持卡爪组件(3)使其两个卡爪(31)同步张开至极限位置后、控制第n+1根管路上方的夹持卡爪组件(3)的夹持卡爪组件升降机构(16)使第n+1根管路上方的夹持卡爪组件(3)提升呈避让障碍物的状态，然后再控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机动作使排管巡检用轮式爬管机器人整体继续沿管爬行，待所有的夹持卡爪组件(3)越过障碍物后，控制器控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机停止动作的同时控制所有的夹持卡爪组件(3)复位至夹持管路的状态。

4.根据权利要求1所述的排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法，其特征在于，在排管巡检用轮式爬管机器人沿管前后方向爬行至排管端部后，控制器控制所有驱动辊轮(42)的驱动辊轮驱动电机停止动作，进行向左侧方向的跨管作业：控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分复位至正对第n-1根管路与第n根管路之间的空档位置，然后控制器控制左基体升降控制机构(11)的摆动升降驱动电机(13)动作带动摆动传动部件(14)绕摆动升降驱动电机(13)动力输出轴的轴心正向旋转90°、使左夹持驱动轮部分跟随左基体(21)升起至极限位置，然后控制器先控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步左移跨越第n-1根管路、控制器再控制左基体升降控制机构(11)的摆动升降驱动电机(13)动作带动摆动传动部件(14)绕摆动升降驱动电机(13)动力输出轴的轴心继续正向旋转90°或反向旋转90°使左夹持驱动轮部分复位至夹持初始高度位置、控制器最后控制滑移驱动部件Ⅰ动作使左夹持驱动轮部分的两件驱动辊轮(42)同步右移贴靠在第n-1根管路上，完成左夹持驱动轮部分的跨管作业；控制器通过配合控制右基体升降控制机构(12)和滑移驱动部件Ⅱ的动作使右夹持驱动轮部分的驱动辊轮(42)向左跨越第n根管路后贴靠在第n根管路上，完成右夹持驱动轮部分的跨管作业；然后控制器先控制卡爪张合控制机构(32)动作使两个卡爪(31)同步张开至极限位置缩入位于第n根管路的上方的状态，控制器再同步控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ反向动作、使副基体(2)带动主基体(1)整体相对于左夹持驱动轮部分和右夹持驱动轮部分向左移动，控制器根据距离传感器的反馈、待两个卡爪(31)之间的管路容纳空间位于第n-1根管路的正上方时控制器控制主基体(1)停止左移，控制器最后控制卡爪张合控制机构(32)动作使两个卡爪(31)同步闭合、使第n-1根管路夹持在管路容纳空间内，完成排管巡检用轮式爬管机器人整体向左侧平移的跨管作业；

或者进行向右侧方向的跨管作业：先控制右夹持驱动轮部分进行向右侧方向的跨管作业，再控制左夹持驱动轮部分进行向右侧方向的跨管作业，最后控制主基体(1)进行向右侧方向的跨管作业。

5.根据权利要求4所述的排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法，其特征在于，左基体(21)和右基体(22)上也分别设有夹持卡爪组件(3)，位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)通过沿竖直方向伸缩设置的夹持卡爪组件升降机构(16)和沿左右方向伸缩设置的夹持卡爪组件平移机构(17)悬伸安装在左基体(21)上，位于右基体(22)右侧的夹持卡爪组件(3)通过沿竖直方向伸缩设置的夹持卡爪组件升降机构(16)和沿左右方向伸缩设置的夹持卡爪组件平移机构(17)悬伸安装在右基体(22)上，控制器分别与夹持卡爪组件升降机构(16)和夹持卡爪组件平移机构(17)电连接；

位于主基体(1)正下方的夹持卡爪组件(3)卡接在第n根管路上，位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)通过控制其夹持卡爪组件升降机构(16)和夹持卡爪组件平移机构(17)卡接在第n-1根管路上、位于右基体(22)右侧的夹持卡爪组件(3)通过控制其夹持卡爪组件升降机构(16)和夹持卡爪组件平移机构(17)卡接在第n+1根管路上；

跨管作业过程中，向左侧跨管时，在完成左夹持驱动轮部分的跨管作业和右夹持驱动轮部分的跨管作业后，控制器先控制位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)松开第n-1根管路、再控制位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)的夹持卡爪组件升降机构(16)动作使位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)升起、然后控制位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)的夹持卡爪组件平移机构(17)动作使位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)左移对正第n-2根管路、最后控制位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)降下卡接在第n-2根管路上，控制器控制位于主基体(1)正下方的夹持卡爪组件(3)松开第n根管路并升起后，控制器同步控制滑移驱动部件Ⅰ和滑移驱动部件Ⅱ反向动作、使副基体(2)带动主基体(1)整体相对于左夹持驱动轮部分和右夹持驱动轮部分向左移动的同时，同步控制左侧的夹持卡爪组件平移机构(17)和右侧的夹持卡爪组件平移机构(17)动作，实现位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)和位于右基体(22)右侧的夹持卡爪组件(3)均处于夹持管路状态下的主基体(1)整体左移，主基体(1)整体左移后再控制位于右基体(22)右侧的夹持卡爪组件(3)向左侧跨管；向右侧跨管时，在完成左夹持驱动轮部分的跨管作业和右夹持驱动轮部分的跨管作业后，控制器先控制位于右基体(22)右侧的夹持卡爪组件(3)向右跨管，主基体(1)整体右移后再控制位于左基体(21)左侧的夹持卡爪组件(3)向右侧跨管。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的排管巡检用轮式爬管机器人的控制方法，其特征在于，卡爪张合控制机构(32)是平行四边形连杆结构，卡爪组件机体(33)上铰接设有包括相同长度且上下平行设置的上连杆(34)和下连杆(35)的平行连杆组件，平行连杆组件相对于卡爪组件机体(33)左右对称设置为两组、且两组平行连杆组件分别与两个卡爪(31)铰接安装连接，卡爪(31)、上连杆(34)、卡爪组件机体(33)和下连杆(35)共同围成平行四边形连杆结构；卡爪张合控制机构(32)还包括可控制上连杆(34)或下连杆(35)上下摆动的卡爪张合驱动部件(36)；

设置在主基体(1)正下方的夹持卡爪组件(3)通过夹持卡爪组件升降机构(16)与主基体(1)安装连接，夹持卡爪组件升降机构(16)与控制器电连接；

通过卡爪张合驱动部件(36)控制平行四边形连杆结构的变形实现控制两个卡爪(31)的同步张开或闭合，通过控制夹持卡爪组件升降机构(16)的动作实现控制位于主基体(1)正下方的夹持卡爪组件(3)相对于主基体(1)的升降运动。

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