CN114110301B - 管道探查机器人 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种管道探查机器人，包括：主体部、检查装置和行走机构；检查装置安装在主体部的第一侧，适用于获取待查的管道的内部信息，行走机构安装在与主体部的第一侧相对的第二侧；行走机构包括：多个支撑框架、多个自驱动的行走轮和扩张机构；支撑框架相对于主体部径向延伸，多个自驱动的行走轮分别安装在支撑框架上，多个支撑框架安装在扩张机构上，扩张机构被构造成驱动支撑框架径向伸缩，使得每个行走轮与管道的内壁紧密接触，以驱动管道探查机器人在管道内行走。

Description

管道探查机器人

技术领域

本公开的至少一种实施例涉及一种机器人，尤其是，涉及一种可主动转向的小型管道探查机器人。

背景技术

对于工业建筑内部管网而言，在拆除的过程中，由于内部有害液体不可能完全排干，贸然拆除有可能会造成大量液体渗漏，造成重大的安全事故。此时为了保证工程的顺利进行，需要对管网内部情况进行探查，检测出积液位置以及积液水量情况，以排除管网中的安全隐患。传统的方法是通过核对施工图纸，计算可能的积液情况，制定对应的拆除策略。这种方式效率低下，不够准确，在实际施工和图纸有较大出入的情况下，有极高的安全风险。

发明内容

在一个方面，提供一种管道探查机器人，包括：

主体部；

检查装置，安装在所述主体部的第一侧，适用于获取待查的管道的内部信息；以及

行走机构，安装在与所述主体部的第一侧相对的第二侧，并包括：

多个支撑框架，相对于所述主体部径向延伸；

多个自驱动的行走轮，分别安装在所述支撑框架上；以及

扩张机构，多个所述支撑框架安装在所述扩张机构上，所述扩张机构被构造成驱动所述支撑框架径向伸缩，使得每个所述行走轮与所述管道的内壁紧密接触，以驱动所述管道探查机器人在所述管道内行走。

附图说明

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

图1是本公开一些示例性实施例的管道探查机器人的简易示意图。

图2是本公开一些示例性实施例的管道探查机器人的立体示意图。

图3是本公开一些示例性实施例的行走机构的局部剖视示意图。

图4是本公开一些示例性实施例的行走轮的剖视示意图。

图5是本公开一些示例性实施例的转向机构的剖视示意图。

【附图标号】

1-主体部；

2-行走机构；

21-支撑框架；

211-底架；

212-直立架；

22-行走轮；

221-定子；

222-转子；

223-轴承；

224-轮轴；

23-扩张机构；

231-电机；

232-楔形块；

233-丝杠；

24-子连接架；

25-限位导轨；

3-转向机构；

31-横滚轴电机；

32-俯仰轴电机；

33-横滚框架；

34-俯仰框架；

35-导向杆；

36-滚轮；

4-图像采集装置；

5-支撑杆；

6-运动控制电路；

7-数据传输电路。

需要注意的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，结构或区域的尺寸可能被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本领域普通技术人员所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在本文中，除非另有特别说明，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等方向性术语用于表示基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作。需要理解的是，当被描述对象的绝对位置改变后，则它们表示的相对位置关系也可能相应地改变。因此，这些方向性术语不能理解为对本公开的限制。

根据本公开总体上的发明构思，提供一种管道探查机器人，包括：主体部、检查装置和行走机构；检查装置安装在主体部的第一侧，适用于获取待查的管道的内部信息，行走机构安装在与主体部的第一侧相对的第二侧；行走机构包括：多个支撑框架、多个自驱动的行走轮和扩张机构；支撑框架相对于主体部径向延伸，多个自驱动的行走轮分别安装在支撑框架上，多个支撑框架安装在扩张机构上，扩张机构被构造成驱动支撑框架径向伸缩，使得每个行走轮与管道的内壁紧密接触，以驱动管道探查机器人在管道内行走。

图1是本公开一些示例性实施例的管道探查机器人的简易示意图。图2是本公开一些示例性实施例的管道探查机器人的立体示意图。

如图1、图2所示，本公开实施例提供了一种管道探查机器人，包括：主体部1、检查装置和行走机构2；检查装置安装在主体部1的第一侧，适用于获取待查的管道的内部信息；行走机构2安装在与主体部1的第一侧相对的第二侧。行走机构2包括：多个支撑框架21、多个自驱动的行走轮22和扩张机构23；支撑框架21相对于主体部1径向延伸；自驱动的行走轮22安装在支撑框架21上；支撑框架21安装在扩张机构23上，扩张机构23被构造成驱动支撑框架21径向伸缩，使得每个行走轮22与管道的内壁紧密接触，以驱动管道探查机器人在管道内行走。

例如，支撑框架21和自驱动的行走轮22的数量可以为2个，3个，4个，5个或者6个以上。

图3是本公开一些示例性实施例的行走机构的局部剖视示意图。

在本公开一实施例中，如图1-3所示，传动机构配置为克服复位弹力驱动支撑框架21相对于连接架径向扩张。如果传动机构施加在支撑框架上的驱动力消失，支撑框架则在复位弹力的作用下恢复至原来的位置。

在一种示例性实施例中，如图3所示，传动机构包括：电机231、楔形块232和丝杠233。丝杠233与电机231的输出轴耦合，楔形块232与丝杠233螺纹结合，丝杠233将电机231的输出轴的回转运动转化为直线运动，带动楔形块232在轴向方向上移动。其中，每个所述支撑框架21与楔形块232配合。

传动机构只要能够实现克服复位弹力驱动支撑框架21相对于连接架径向扩张即可，并不局限于上述结构。其他本领域技术人员能够获知以实现上述功能的传动机构均适用本公开。例如，传动机构可以包括齿轮和齿条。

在本公开的一个实施例中，每个支撑框架21包括：底架211和两个直立架212，如图3所示，呈U型结构。两个直立架212从所述底架211的两端沿远离倾斜配合面的方向延伸。

具体的，可以在支撑框架21的底架211上设置一斜面，使该斜面与楔形块232接触，形成平面副。楔形块232的径向截面形状可以包括圆形、四边形等。

两个直立架212上可以分别设置安装槽，并且两个安装槽的轴线与行走轮22的轴向相重合，使行走轮22可以安装槽安装在两个直立架212之间。

关于设置在两个直立架212之间的行走轮22的数量这里不再进行具体限定。可以为如图所示的1个，也可以为2个，3个以上，以增加管道探查机器人与管道内壁的接触面积。

在本公开的一个实施例中，如图3所示，行走机构2包括两个对称设置的支撑框架21和两个限位导轨25；每个限位导轨25可滑动的设置在位于同一的两侧个直立架212内，以引导两个支撑框架21相向或相背移动。

在本公开的一实施例中，如图3所示，扩张机构23包括：电机231、连接架和传动机构。电机231安装在主体部1的第二侧，其中主体部1的第二侧是与安装有行走机构2的第一侧相对设置的一侧面。连接架一端与电机231的壳体连接，连接架另一端与每个支撑框架21连接。连接架主要为支撑框架21提供支撑和复位弹力。

作为连接架的一个可选实施例，连接架包括两个具有弹性的子连接架24，每个子连接架24从楔形块232的外侧固定到两个所述支撑框架21中的一个，支撑框架21移动时子连接架24相对于轴向方向发生弹性偏移，从而产生复位弹力。连接架24发生弹性偏移的方向平行于限位导轨25的延伸方向。

两个具有弹性的子连接架24可以对称设置于传动机构两侧。

关于子连接架的材料选择只要满足弹性要求即可，既可以选用柔性弹性件也可以选用刚性弹性件，这里不再进行具体要求。

图4是本公开一些示例性实施例的行走轮的剖视示意图。

如图4所示，在本公开的一实施例中，行走轮22包括：定子221、转子222、轴承223和轮轴224。轮轴224安装在两个直立架212之间；定子221套设于轮轴224上，且定子221与轮轴224过盈配合；轴承223套设于轮轴224上，且轴承223与轮轴224过盈配合；转子222通过轴承223与定子221可转动地连接。

进一步的，行走轮22还包括轮缘，轮缘固定地设于转子222外，以随所述转子222转动，并用于与所述管道内壁摩擦接触，从而带动整个管道探查机器人在被检查的管道内移动。可以理解，轮缘由弹性橡胶材料制成。

在本公开的一个实施例中能够自驱动的行走轮22可以选择轮毂电机。

图5是本公开一些示例性实施例的转向机构的剖视示意图。

如图1、2和5所示，在本公开的一个实施例中，管道探查机器人还包括转向机构3。转向机构3被构造成控制管道探查机器人在管道内改变行走方向，使得管道探查机器人可以在弯曲的管道内行走。

在本公开的一个实施例中，如图1、2和5所示，转向机构3被配置为通过调节转向角以及调节横滚视角控制管道探查机器人在管道内改变行走方向。转向机构3包括横滚轴电机31和横滚框架33。横滚轴电机31安装在主体部1的第一侧；横滚框架33与横滚轴电机31的输出轴连接，检查装置安装在所述横滚框架33上。

在本公开的一个实施例中，如图5所示，转向机构3进一步被配置为通过调节转向角以及调节俯仰视角，以控制管道探查机器人在管道内改变行走方向。转向机构3包括：俯仰框架34和俯仰轴电机32。俯仰框架34与横滚框架33连接；俯仰轴电机32与横滚框架33连接，俯仰轴电机32带动俯仰框架34相对于俯仰框架34俯仰转动。

在本公开的一个实施例中，转向机构3还包括导向杆35。

导向杆35一端与俯仰框架34连接，导向杆35另一端与管道内壁相接触。可选择的，导向杆(35)的另一端设置有滚轮(36)。当导向杆35接触到管壁之后可以平滑稳定地产生垂直于管道轴向的分力，从而驱动管道探查机器人在管道内转向。

在本公开一个实施例中，管道探查机器人还包括多个支撑杆5，多个支撑杆5从主体部1径向向外延伸。关于多个支撑杆5的分布可以为多个所述支撑杆5绕所述主体部1均匀分布。

在本公开一个实施例中，如图1和2所示，主体部1的具体形状可以为圆盘状壳体结构，也可以作为机器人机架等。

在本公开一个实施例中，管道探查机器人还包括：数据传输电路7和运动控制电路6。数据传输电路7被配置为接收指令信息；运动控制电路6配置为接收数据传输电路7控制信息，控制信息用于控制管道探查机器人的移动。关于数据传输电路7和运动控制电路6的安装位置可以为将数据传输电路7和运动控制电路6分别固定于主体部1内。

当管道探查机器人整体进入管道环境后，驱动电机231通过所述传动机构克服复位弹力驱动支撑框架21相对于所述连接架径向扩张，使行走轮22与所述管道的内壁紧密接触，使使行走轮22产生驱动力，带动机器人整体向前移动或向后倒退，通过调整支撑框架21驱动电机9的电机出力，可以调整行走轮22与管壁之间的摩擦力，防止打滑的现象发生。

在机器人遇到T形、L形管道时，转向机构3控制所述管道探查机器人在管道内改变行走方向。具体可以通过横滚轴电机31和俯仰轴电机32调节导向杆35位置，使导向杆35在要转向方向一侧接触到管壁，使导向杆35形成的支反力作为管道探查机器人转向的向心力，带动管道探查机器人转向。

在一种示例性实施例中，检查装置包括安装在所述俯仰框架34上的图像采集装置4，被配置为实时采集管道内部环境的图像。检查装置还可以包括气体探测装置、液体探测装置等，以检测管道某种气体和/或液体的存在。

管道探查机器人在管道内行走时，俯仰框架34上安装的图像采集装置4会把管道内的图像实时回传到地面计算机接收终端，实现管道内巡检功能。

根据本公开实施例的可主动转向的小型管道探查机器人具有以下技术效果中的至少一个方面：

(1)本公开行走机构采用丝杠斜面传动，使得本公开结构紧凑小巧，并采用电机驱动，电机支撑与管壁之上为主动过程，通过电机电流的反馈从而可以间接控制支撑力的大小，可以有效防止打滑、管壁粗糙以及凸起物导致的卡死现象，使机器人能够在复杂的，恶劣的管网环境中灵活运动。

(3)本公开所有自由度均由电机直接控制，当管网内出现特殊情况，触发安全预案，可使所有电机断电，直接快速拉回管口。本发明结构简约，轻便灵活，能适应复杂的管网环境。

(4)本公开调试维修方便，不易出现卡死于管道中的现象。

本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。

虽然根据本公开总体技术构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本公开总体技术构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (14)

1.一种管道探查机器人，其特征在于，包括：

主体部（1）；

检查装置，安装在所述主体部（1）的第一侧，适用于获取待查的管道的内部信息；

行走机构（2），安装在与所述主体部（1）的第一侧相对的第二侧，并包括：

多个支撑框架（21），相对于所述主体部（1）径向延伸；

多个自驱动的行走轮（22），分别安装在所述支撑框架（21）上；以及

扩张机构（23），多个所述支撑框架（21）安装在所述扩张机构（23）上，所述扩张机构（23）被构造成驱动所述支撑框架（21）径向伸缩，使得每个所述行走轮（22）与所述管道的内壁紧密接触，以驱动所述管道探查机器人在所述管道内行走；

以及

转向机构（3），被构造成控制所述管道探查机器人在管道内改变行走方向；所述转向机构（3）包括：

横滚轴电机（31），所述横滚轴电机（31）安装在所述主体部（1）的第一侧；以及

横滚框架（33），与所述横滚轴电机（31）的输出轴连接，所述检查装置安装在所述横滚框架（33）上；

俯仰框架（34），与所述横滚框架（33）连接；

俯仰轴电机（32），与所述横滚框架（33）连接，所述俯仰轴电机（32）带动所述俯仰框架（34）相对于所述俯仰框架（34）俯仰转动；以及

导向杆（35），所述导向杆（35）一端与所述俯仰框架（34）连接，所述导向杆（35）另一端与管道内壁相接触；所述导向杆（35）的另一端设置有滚轮（36）。

2.根据权利要求1所述的管道探查机器人，其特征在于，所述扩张机构（23）包括：

电机（231），安装在所述主体部（1）的第二侧；

连接架，所述连接架一端与所述电机（231）的壳体连接，所述连接架另一端与每个所述支撑框架（21）连接；以及

传动机构，所述电机（231）通过所述传动机构克服复位弹力驱动所述支撑框架（21）相对于所述连接架径向扩张。

3.根据权利要求2所述的管道探查机器人，其特征在于，所述传动机构包括：

丝杠（233），与所述电机（231）的输出轴耦合；

楔形块（232），与所述丝杠（233）螺纹结合，使得所述丝杠（233）的转动驱动所述楔形块（232）在轴向方向上移动，每个所述支撑框架（21）与所述楔形块（232）配合。

4.根据权利要求3所述的管道探查机器人，其特征在于，每个所述支撑框架（21）包括：

底架（211），所述底架（211）的外侧形成与所述楔形块（232）的斜面配合的倾斜配合面；以及

两个直立架（212），从所述底架（211）的两端远离所述倾斜配合面延伸，所述行走轮（22）安装在两个所述直立架（212）之间。

5.根据权利要求4所述的管道探查机器人，其特征在于，所述行走机构（2）包括两个对称设置的所述支撑框架（21）；

所述行走机构（2）还包括两个限位导轨（25），每个所述限位导轨（25）可滑动的设置在位于同一侧的两个所述直立架（212）内，以引导两个所述支撑框架（21）相向或相背移动。

6.根据权利要求5所述的管道探查机器人，其特征在于，所述连接架包括两个具有弹性的子连接架（24），每个所述子连接架（24）从所述楔形块（232）的外侧固定到两个所述支撑框架（21）中的一个，所述支撑框架（21）的移动时的所述子连接架（24）相对于轴向方向发生弹性偏移。

7.根据权利要求4所述的管道探查机器人，其特征在于，所述行走轮（22）包括：

轮轴（224），安装在两个所述直立架（212）之间；

定子（221），套设于所述轮轴（224）上，且所述定子（221）与所述轮轴（224）过盈配合；

轴承（223），套设于所述轮轴（224）上，且所述轴承（223）与所述轮轴（224）过盈配合；以及

转子（222），通过所述轴承（223）与定子（221）可转动地连接。

8.根据权利要求7所述的管道探查机器人，其特征在于，所述行走轮（22）还包括：

轮缘，所述轮缘固定地设于所述转子（222）外，以随所述转子（222）转动，并用于与所述管道内壁摩擦接触。

9.根据权利要求1所述的管道探查机器人，其特征在于，

所述检查装置包括安装在所述俯仰框架（34）上的图像采集装置（4），被配置为实时采集管道内部环境的图像。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的管道探查机器人，其特征在于，还包括：

多个支撑杆（5），从所述主体部（1）径向向外延伸。

11.根据权利要求10所述的管道探查机器人，其特征在于，多个所述支撑杆（5）绕所述主体部（1）均匀分布。

12.根据权利要求1至8中任一项所述的管道探查机器人，其特征在于，所述主体部（1）为圆盘状壳体结构。

13.根据权利要求1至8中任一项所述的管道探查机器人，其特征在于，还包括：

数据传输电路（7），被配置为接收指令信息；

运动控制电路（6），配置为接收所述数据传输电路（7）控制信息，所述控制信息用于控制所述管道探查机器人的移动。

14.根据权利要求13所述的管道探查机器人，其特征在于，所述数据传输电路（7）和所述运动控制电路（6），分别固定于所述主体部（1）内。

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