CN114308937A - 一种gis内部管道检测清洁机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GIS内部管道检测清洁机器人，包括全向移动底盘、清洁工具、负压吸附装置、机壳；全向移动底盘包括安装板、全向行走轮及其驱动电机，安装板为柔性板，清洁工具固定于安装板底面，驱动电机固定于安装板顶面，通过全向行走轮实现全向移动底盘的全向移动；负压吸附装置的下端密封固定于安装板顶面，通过负压吸附装置实现全向移动底盘在管道内壁的稳定移动及任意位置的停留；机壳下端固定于安装板上，机壳上端有使负压吸附装置上端限位的限位座。全向移动底盘结构紧凑，体积小。负压吸附装置的吸附力可控可靠，解决了机器人在管道内壁稳定行走的问题，实现了机器人小型化目标，使机器人可以工作的范围更大，可很好的实现检测清洁功能。
Description
技术领域
本发明属于检测机器人领域，具体涉及一种GIS内部管道检测清洁机器人。
背景技术
目前，机器人的应用范围不断扩大，在军事、制造、航空航天、核能、教育、医疗以及家庭服务等领域里面发挥着越来越重要的作用。而很多行业中，都存在着管道内部检修作业的需求，例如油气管道内部的检测、维护与清洁；排污管道内部的检修；GIS管道内部的检测和清洁等等。
这些内部作业大都具有空间狭窄问题，GIS管道还存在需要停机检修的情况，人工检修会需要大量的成本。如果能够使用机器人代替人工进行这些管道内部作业，将会提高作业效率，提高经济效益。这就要求机器人具有能够在管道内部表面攀爬和工作的能力。
目前的管道内壁爬行机器人很难应对GIS的检测，因为GIS管道内部中央有一股或多股导线通过，导致空间狭小，且不能通过对内壁施加支撑以获得支撑力。另外GIS管道材料现已升级为铝合金制造，不能使用简单高效的磁吸附。
所以目前的管道内壁爬行机器人基本上不能胜任GIS管道内壁的检测清洁工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑体积小、能稳定沿光滑管道内壁面稳定移动及停留的机器人，以胜任GIS内部管道的检测清洁工作。
本发明提供的这种GIS内部管道检测清洁机器人，包括全向移动底盘、清洁工具、负压吸附装置、机壳和控制系统；全向移动底盘包括安装板、全向行走轮及其驱动电机，安装板为柔性板，清洁工具固定于安装板底面，驱动电机固定于安装板顶面，通过全向行走轮实现全向移动底盘的全向移动；负压吸附装置的下端密封固定于安装板顶面，通过负压吸附装置实现全向移动底盘在管道内壁的稳定移动及任意位置的停留；机壳下端固定于安装板上，机壳上端有使负压吸附装置上端限位的限位座；控制系统包括控制板、供电电池和检测模块。
上述机器人的一种实施方式中，所述安装板采用碳纤维复合板，为四个角部对称设置有圆弧槽的矩形板。
上述机器人的一种实施方式中，所述清洁工具包括固定板和固定于其外表面的清洁件，清洁件为抹布或者刷毛；安装板底面的纵向和横向分别贴合固定清洁工具。
上述机器人的一种实施方式中，所述全向行走轮采用麦克纳姆轮，四组全向行走轮分置于所述安装板的四个角部，安装板的长度方向两侧分别通过安装座和紧固件固定两台伺服电机，各伺服电机分别驱动一组全向行走轮。
上述机器人的一种实施方式中，所述安装板的中心位置处设置有用于安装吸附装置的圆孔。
上述机器人的一种实施方式中，所述负压吸附装置采用涵道风扇，与安装板中心位置处的圆孔共轴向中心线布置，其外壳下端与圆孔处设置密封整流罩，外壳外壁设置支撑座，支撑座通过紧固件固定于安装板上。
上述机器人的一种实施方式中，所述控制板和供电电池固定于所述安装板的顶面，所述检测模块包括安装框、舵机、连杆座、摄像头和探照灯，安装框的后侧板固定于机壳上端前侧围框的前侧板上，摄像头和探照灯固定于安装框的前侧板上，舵机和连杆座均位于安装框内，舵机固定于后侧板上，其输出轴通过法兰联轴器连接连杆座，连杆座的另一端与摄像头的外壳连接。
上述机器人的一种实施方式中，所述控制板采用STM32板，所述供电电池有两块，分置于所述安装板顶面的宽度方向两端。
本机器人的全向移动底盘的安装板采用碳纤维复合板，在具有合适强度的同时可柔性变形，可随管道内壁曲率变化而相应变形，采用全向麦克纳姆轮作为移动主体，提高了沿管道壁面运动的灵活性，可以实现任意方向的运动，并且姿态的调节更加灵活，无需转弯半径。即前述结构可保证全向移动底盘的结构紧凑，体积小。使用负压吸附作为吸附方案，可控可靠，不仅解决了机器人在管道内壁稳定行走的问题，还实现了机器人小型化的目标，使机器人可以工作的范围更大，可很好的实现检测清洁功能。具体来说，负压吸附装置采用涵道风扇，通过涵道风扇对空气的抽吸能力，使得机器人可稳定吸附于管道狭小空间内的壁面，扩大了机器人的工作范围，同时拓展了机器人的应用范围。采用四个小型的麦克纳姆轮组成一套全向移动的移动系统，可以适应GIS的内壁面，提升了机器人的运动能力。清洁工具固定于全向移动底盘的底面，可辅助提高机器人的负压吸附能力。
附图说明
图1为本发明一个实施例的总体结构示意图。
图2为图1中全向移动底盘的结构示意图(安装了控制板)。
图3为全向移动底盘的仰视结构示意图。
图4为图2装配吸附装置后的结构示意图。
图5为图4装配供电电池后的结构示意图。
具体实施方式
本实施例公开的这种GIS内部管道检测清洁机器人，包括全向移动底盘、清洁工具、负压吸附装置、机壳和控制系统。
结合图1、图2可以看出：
全向移动底盘1包括安装板11、驱动电机12和全向行走轮13。
安装板1采用碳纤维复合板，形状为矩形，优选厚度为3mm。驱动电机12采用伺服电机，全向行走轮13采用小型的麦克纳姆轮。
安装板11的四个角部对称设置用于安装全向行走轮的圆弧槽，安装板11的长度方向两侧分别通过安装座和紧固件固定两台驱动电机12，同侧两驱动电机的输出轴分别朝向相应角部的圆弧槽。
各驱动电机12的输出轴通过法兰联轴器及紧固件与全向行走轮13连接固定。
从图3可以看出，清洁工具2包括固定板21和固定于其外表面的清洁件22，清洁件为抹布或者刷毛。安装板11底面的纵向和横向分别贴合固定有清洁工具2。
结合图1至图5可以看出：
安装板11的中心位置处设置有圆孔，负压吸附装置3安装于圆孔处。
吸附装置3采用涵道风扇，与安装板中心位置处的圆孔共轴向中心线布置，其外壳31下端与圆孔处设置密封整流罩32，外壳外壁设置支撑座33，支撑座通过紧固件固定于安装板11上。
机壳4的下端四周与安装板11固定，上端中心位置处设置有位于吸附装置外壳外的限位座41，限位座41与吸附装置3的外壳31之间径向固定，使负压吸附装置实现稳定安装。
安装板还可以支持增加外设以应对不同的工作环境。
控制系统包括控制板、供电电池和检测模块。
控制板5固定于安装板11顶面的宽度方向一端，供电电池DC有两块，分别固定于安装板11顶面的宽度方向两端，分别给全向行走轮和吸附装置供电，其中一块供电电池与控制板STM32电连接，通过CAN总线进行数据的传输，STM32控制板处理数据并发送指令。分布式的电池管理，充分保障了机器人的能源供应高效和稳定，还能使进一步使机器人整体结构小型化。
机壳4上端对应限位座41的两侧有围框将供电电池封盖。
检测模块6包括安装框61、舵机、连杆座、摄像头62和探照灯63，安装框61的后侧板固定于机壳4上端前侧围框的前侧板上，摄像头和探照灯固定于安装框的前侧板上，舵机和连杆座均位于安装框内，舵机固定于后侧板上，其输出轴通过法兰联轴器连接连杆座，连杆座的另一端与摄像头的外壳连接。舵机通过连杆座驱动摄像头改变位置。
本机器人的上述结构具有如下优势：
全向移动底盘的安装板采用碳纤维复合板，可柔性变形，从而可随着管道的曲率变化而主动适应变形。采用小型的全向麦克纳姆轮作为移动主体，提高了沿管道壁面运动的灵活性，可以实现任意方向的运动，并且姿态的调节更加灵活，无需转弯半径，使整个全向移动底盘的结构紧凑。
负压吸附装置采用涵道风扇，涵道风扇较同样直径的孤立风扇能产生更大的升力,且风扇环括在涵道内,既可阻挡风扇气动声向外传播,又结构紧凑、安全性高。
全向移动底盘和负压吸附装置的紧凑结构，保证了机器人的整体结构小型化，使其可适用于GIS管道内狭小空间的行走。在通过负压吸附装置实现全向移动底盘在管道内壁全方位稳定行走的同时对管道内壁进行全方位的清洁及巡检。
清洁工具固定于全向移动底盘的安装板底面四周，使安装板与管道内壁之间的间隙更小，而且负压吸附装置抽吸安装板与管道内壁之间的空气时，抹布或者刷毛还能增大与管道内壁之间的摩擦力，从而提高机器人与管道内壁的吸附能力，使机器人在管道内壁面运动的稳定性提高。
负压吸附装置与安装板之间设置密封整流罩，可保证负压吸附装置的负压效果，保证全向移动底盘在管道光滑内壁足够的吸附力。
巡检时工作人员通过控制系统发现问题，即可使负压吸附装置的抽力加大，增大全向移动底盘的负压吸附能力，使机器人停留进行更仔细的拍摄。
即负压吸附装置的设置不仅解决了由于GIS管道采用铝合金材质不能采用磁吸附的问题，还由于其负压吸附能力可调可控，可满足机器人灵活的全工况工作。
Claims (8)
1.一种GIS内部管道检测清洁机器人，其特征在于：它包括全向移动底盘、清洁工具、负压吸附装置、机壳和控制系统；全向移动底盘包括安装板、全向行走轮及其驱动电机，安装板为柔性板，清洁工具固定于安装板底面，驱动电机固定于安装板顶面，通过全向行走轮实现全向移动底盘的全向移动；负压吸附装置的下端密封固定于安装板顶面，通过负压吸附装置实现全向移动底盘在管道内壁的稳定移动及任意位置的停留；机壳下端固定于安装板上，机壳上端有使负压吸附装置上端限位的限位座；控制系统包括控制板、供电电池和检测模块。
2.如权利要求1所述的GIS内部管道检测清洁机器人，其特征在于：所述安装板采用碳纤维复合板，为四个角部对称设置有圆弧槽的矩形板。
3.如权利要求2所述的GIS内部管道检测清洁机器人，其特征在于：所述清洁工具包括固定板和固定于其外表面的清洁件，清洁件为抹布或者刷毛；安装板底面的纵向和横向分别贴合固定清洁工具。
4.如权利要求1所述的GIS内部管道检测清洁机器人，其特征在于：所述全向行走轮采用麦克纳姆轮，四组全向行走轮分置于所述安装板的四个角部，安装板的长度方向两侧分别通过安装座和紧固件固定两台伺服电机，各伺服电机分别驱动一组全向行走轮。
5.如权利要求2所述的GIS内部管道检测清洁机器人，其特征在于：所述安装板的中心位置处设置有用于安装负压吸附装置的圆孔。
6.如权利要求5所述的GIS内部管道检测清洁机器人，其特征在于：所述负压吸附装置采用涵道风扇，与安装板中心位置处的圆孔共轴向中心线布置，其外壳下端与圆孔处设置密封整流罩，外壳外壁设置支撑座，支撑座通过紧固件固定于安装板上。
7.如权利要求1所述的GIS内部管道检测清洁机器人，其特征在于：所述控制板和供电电池固定于所述安装板的顶面，所述检测模块包括安装框、舵机、连杆座、摄像头和探照灯，安装框的后侧板固定于机壳上端前侧围框的前侧板上，摄像头和探照灯固定于安装框的前侧板上，舵机和连杆座均位于安装框内，舵机固定于后侧板上，其输出轴通过法兰联轴器连接连杆座，连杆座的另一端与摄像头的外壳连接。
8.如权利要求7所述的GIS内部管道检测清洁机器人，其特征在于：所述控制板采用STM32板，所述供电电池有两块，分置于所述安装板顶面的宽度方向两端。
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