CN114352843A - 管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道探测、施工、维护技术领域，具体提供一种管道机器人，旨在解决现有管道机器人采用拖缆方式导致其探测距离受限和后期维护成本高的问题。为此目的，本发明的管道机器人包括牵引平台、放缆装置和电控系统，牵引平台与放缆装置连接，放缆装置上的线缆与电控系统连接，牵引平台能够带动放缆装置一起在管道中行走，放缆装置能够在行走的过程中自动放缆。本发明使得管道机器人在管道中行走时采用的是自动放缆的方式，降低平台的牵引要求，提高管道机器人在管道中的探测距离，避免线缆与管道内壁产生极大摩擦或者与管道内的物体发生剐蹭而导致线缆破损，降低后期维护成本，也不会影响管道机器人的正常使用。

Description

管道机器人

技术领域

本发明涉及管道探测、施工、维护技术领域，具体提供一种管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。

现有技术中，管道机器人一般由三个部分组成：轮式运载车(平台)，用于安装各种传感器，在管道中行走；通讯线缆，为平台提供电力和通讯；显控装置，控制平台运动、各种传感器数据采集与处理和数据图像的显示。在作业时，管道机器人的驱动电源和线缆在管道外，管道机器人采用拖缆的方式在管道内行走，完成探测和管道维护功能，这种拖拽线缆的方式使得管道机器人在管道中的探测距离十分受限，原因是随着线缆在管道中越拖越长，由于线缆的自重导致其与管道内壁之间的摩擦力也越来越大，轮式运载车需要提供的牵引力也越来越大，这种拖缆的方式使得管道机器人在管道中行走的距离一般仅能够达到300米左右，无法探测到更深的距离，导致管道机器人的探测效率低，且采用拖缆方式还容易导致线缆与管道中的物体发生剐蹭，导致线缆磨损，后期维护成本高，严重时还容易导致管道机器人无法使用。

鉴于此，本领域需要一种新的管道机器人来解决上述问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有管道机器人采用拖缆方式导致其探测距离受限和后期维护成本高的问题。

本发明提供一种管道机器人，所述管道机器人包括牵引平台、放缆装置和电控系统，所述牵引平台与所述放缆装置连接，所述放缆装置上的线缆与所述电控系统连接，所述牵引平台能够带动所述放缆装置一起在管道中行走，所述放缆装置能够在行走的过程中自动放缆。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述放缆装置包括线缆舱、驱动电机、放缆盘、传动机构和排缆机构，所述放缆盘、所述传动机构和所述排缆机构均设置在所述线缆舱中，所述线缆舱与所述牵引平台连接，所述驱动电机的输出轴与所述放缆盘连接以驱动所述放缆盘转动来进行放缆，所述传动机构的输入端和输出端分别与所述放缆盘和所述排缆机构连接，所述排缆机构能够将所述放缆盘放下的线缆排出到管道的内壁上。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述排缆机构包括往复丝杠和套设在所述往复丝杠上并与所述往复丝杠滑动连接以能够在所述往复丝杠往复移动的滑块，所述传动机构的输出端与所述往复丝杠连接并能够带动所述往复丝杠转动，所述滑块上形成有允许线缆穿过的通口。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述传动机构为齿轮副。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述线缆舱的前部与所述牵引平台的后部通过万向连接器连接。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述放缆装置还包括线缆舱行走机构，所述线缆舱行走机构包括设置在所述线缆舱前部的多个第一行走轮和设置在所述线缆舱后部的多个第二行走轮，所述多个第一行走轮和所述多个第二行走轮能够共同将所述线缆舱支撑在管道中并允许所述线缆舱在管道中行走。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述第一行走轮的数量和所述第二行走轮的数量均为三个，所述多个第一行走轮在所述线缆舱的前部呈环形均匀分布设置，所述多个第二行走轮在所述线缆舱的后部呈环形均匀分布设置。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述牵引平台包括控制舱和设置在所述控制舱上的控制舱行走机构，所述控制舱上设置有摄像头和测距装置，所述控制舱与所述放缆装置连接。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述控制舱行走机构包括设置在所述控制舱前部的多个第三行走轮和设置在所述控制舱后部的多个第四行走轮，所述多个第三行走轮和所述多个第四行走轮能够共同将所述控制舱支撑在管道中并使所述控制舱在管道中行走。

在上述管道机器人的优选技术方案中，所述第三行走轮的数量和所述第四行走轮的数量均为三个，所述多个第三行走轮在所述控制舱的前部呈环形均匀分布设置，所述多个第四行走轮在所述控制舱的后部呈环形均匀分布设置。

在采用上述技术方案的情况下，本发明将放缆装置与牵引平台连接，使得牵引平台能够带着放缆装置一起在管道中行走，放缆装置在行走的过程中自动放缆，通过这样的设置，使得管道机器人在管道中行走时采用的是自动放缆的方式，避免需要拖拽线缆而需要牵引平台提供非常大的牵引力，提高管道机器人在管道中的探测距离，而且线缆是直接在管道机器人行走时放到管道的内壁上的，避免线缆与管道内壁产生极大摩擦或者与管道内的物体发生剐蹭而导致线缆破损，降低后期维护成本，也不会影响管道机器人的正常使用。

进一步地，驱动电机能够驱动放缆盘转动放缆，排缆机构能够对线缆进行排放，避免线缆发生卷曲或缠绕，保证管道机器人的正常行走，且自动排缆能够进一步保证线缆不会与管道的内壁发生极大摩擦，降低线缆与管道内物体发生剐蹭的几率，避免线缆损坏。

进一步地，往复丝杠和滑块的组合能够实现自动送缆，滑块可以将线缆送出并排放，保证排缆的顺利进行。

进一步地，线缆舱和牵引平台通过万向连接器连接，不仅能够保证牵引平台对线缆舱的牵引，而且允许线缆舱相对于牵引平台具有一定的摆动量，从而使得管道机器人可以适应一些弯曲段部分的行走。

进一步地，多个第一行走轮和多个第二行走轮能够共同将线缆舱支撑在管道中并允许线缆舱在管道中行走，从而使得线缆舱自身采用轮式行走结构，且多个第一行走轮以及多个第二行走轮的环形均匀分布设置有利于提高线缆舱行走的平稳性。

进一步地，多个第三行走轮以及多个第四行走轮的环形均匀分布设置有利于提高控制舱行走的平稳性。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的管道机器人的整体结构示意图；

图2是本发明的管道机器人的牵引平台和放缆装置连接的结构示意图；

图3是本发明的管道机器人的放缆装置的内部结构示意图；

图4是本发明的管道机器人的牵引平台的前视图；

图5是本发明的管道机器人的放缆装置的前视图；

图6是本发明的管道机器人的放缆装置的往复丝杠的结构示意图。

附图标记列表：

1、牵引平台；11、控制舱；12、摄像头；13、测距装置；14、第三行走轮；15、第四行走轮；

2、放缆装置；21、线缆舱；22、驱动电机；23、放缆盘；24、传动机构；25、排缆机构；251、往复丝杠；252、滑块；252a、通口；26、第一行走轮；27、第二行走轮；

3、电控系统；

4、线缆；

5、万向连接器。

具体实施方式

首先，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或部件必须具有特定的方位或必须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”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是可拆卸式连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

基于背景技术指出的现有管道机器人采用拖缆方式导致其探测距离受限和后期维护成本高的问题，本发明提供了一种管道机器人，旨在使得管道机器人在管道中行走时采用的是自动放缆的方式，避免需要拖拽线缆而需要牵引平台提供非常大的牵引力，提高管道机器人在管道中的探测距离，而且线缆是直接在管道机器人行走时放到管道的内壁上的，避免线缆与管道内壁产生极大摩擦或者与管道内的物体发生剐蹭而导致线缆破损，降低后期维护成本，也不会影响管道机器人的正常使用。

具体地，如图1所示，本发明的管道机器人包括牵引平台1、放缆装置2和电控系统3，牵引平台1与放缆装置2连接，放缆装置2上的线缆4与电控系统3连接，牵引平台1能够带动放缆装置2一起在管道中行走，放缆装置2能够在行走的过程中自动放缆。在作业时，牵引平台1带动着放缆装置2在管道内部行走，电控系统3位于管道的外部，牵引平台1提供对放缆装置2的牵引力，放缆装置2在行走的过程中自动释放线缆4，这种放缆方式使得线缆4直接搭在管道的内壁上，相比于现有技术中通过平台拖缆能够避免线缆4与管道的内壁之间的摩擦力而对平台的牵引产生影响，降低牵引平台1的牵引要求，使得管道机器人的探测距离大幅度增加，从现有技术中采用拖缆方式的300米左右的探测距离能够提升至1000米以上的探测距离，而且随着放缆装置2的不断放缆，能够降低放缆装置2的质量，使得牵引平台1需要提供的牵引力更进一步降低，便于管道机器人的行走。在本发明中，线缆4优选采用供电和通讯共用的电缆，从而使得线缆4变得更细，进一步降低线缆4的直径尺寸，例如，可以采用铁氟龙镀银超细电缆，当然，在实际应用中，还可以采用其他线缆。

在本发明中，电控系统3可以包括控制器和显示屏，控制器可以集成在显示屏中，还可以与显示屏电连接并位于显示屏外，显示屏可以是触控屏，还可以是仅具备显示功能的显示屏。控制器与线缆4通过通讯接口连接，显示屏能够显示牵引平台1上所有传感器检测到的数据，例如，如图2和4所示，牵引平台1可以包括控制舱11和设置在控制舱11上的控制舱行走机构，控制舱11上设置有摄像头12和测距装置13，控制舱11与放缆装置2连接，控制舱11中可以设置有控制元件，该控制元件与摄像头12和测距装置13电连接，控制元件还与控制舱行走机构电连接以操作控制舱行走机构的行走，控制元件与线缆4电连接，线缆4一方面实现电力的供给，从而保证管道机器人有足够的电力能够进行探测和行走，另一方面能够实现数据的传输，保证传感器数据的输送，便于工作人员在管道外通过电控系统3观察管道内的情况。控制元件还与放缆装置2电连接，控制元件能够控制放缆装置2放缆，也能够将摄像头12和测距装置13采集的数据传输给电控系统3，例如电控系统3的显示屏上可以显示摄像头12采集的视频，便于观察管道内的情况，电控系统3的显示屏上还可以显示测距装置13采集的距离数据，然后电控系统3进行分析和处理，从而知晓管道内部的缺陷等情况，测距装置13可以采用多个超声波测距仪，或者其他测距模块。当然，还可以是通过电控系统3直接来控制放缆装置2的自动放缆，牵引平台1上的传感器也不限于为或仅包含摄像头12和测距装置13，还可以包括其他传感器。

优选地，如图2和3所示，放缆装置2包括线缆舱21、驱动电机22、放缆盘23、传动机构24和排缆机构25，放缆盘23、传动机构24和排缆机构25均设置在线缆舱21中，线缆舱21与牵引平台1连接，驱动电机22的输出轴与放缆盘23连接以驱动放缆盘23转动来进行放缆，传动机构24的输入端和输出端分别与放缆盘23和排缆机构25连接，排缆机构25能够将放缆盘23放下的线缆4排出到管道的内壁上。其中，驱动电机22可以采用直驱电机，即通过直驱的方式使放缆盘23转动以实现自动放缆，当然，驱动电机22还可以通过皮带副、齿轮副或者带轮副传动来实现放缆盘23的转动来实现自动放缆，上述驱动方式的调整和改变不构成对本发明的限制，均应限定在本发明的保护范围之内。传动机构24优选采用齿轮副，或者其他能够实现传动的机构，通过设置传动机构24，使得放缆盘23的转动以及排缆机构25的排缆都通过同一个驱动电机22来驱动，从而简化产品结构的设计，降低成本。在上述中，线缆舱21可以采用封闭式舱体结构，在这种情况下，可以在线缆舱21上形成有排线口，从而使得排缆机构25排出的线缆4可以通过排线口排出到管道的内壁上，当然，线缆舱21可以采用非封闭式舱体结构，这样排缆机构25可以直接将线缆4排出到管道的内壁上。

作为替代性地，在上述中，还可以使放缆盘23和排缆机构25分别通过不同的电机来进行驱动，在这种情况下，可以去掉前述的传动机构24，本领域技术人员可以灵活地设置放缆盘23和排缆机构25的驱动方式，这种对放缆盘23和排缆机构25的驱动方式的调整和改变不构成对本发明的限制，均应限定在本发明的保护范围之内。

优选地，如图3和6所示，排缆机构25包括往复丝杠251和套设在往复丝杠251上并与往复丝杠251滑动连接以能够在往复丝杠251往复移动的滑块252，传动机构24的输出端与往复丝杠251连接并能够带动往复丝杠251转动，滑块252上形成有允许线缆4穿过的通口252a。具体地，往复丝杠251上形成有左旋槽和右旋槽，左旋槽和右旋槽彼此交错，且左旋槽的左端和右旋槽的左端通过左过渡槽连通，左旋槽的右端和右旋槽的右端通过右过渡槽连通，滑块252上具有能够与左旋槽以及右旋槽滑动配合的滑动部，当往复丝杠251转动且该滑动部在左旋槽中滑动时，滑块252沿着第一方向移动，当滑动部移动至左旋槽的端部时能够通过过渡槽进入到右旋槽中，此时往复丝杠251继续转动，滑块252沿着与第一方向正好相反的第二方向移动，当滑动部移动至右旋槽的端部(即左旋槽的另一个端部)时，通过过渡槽滑动部又进入到左旋槽中，从而使滑块252又沿着第一方向移动，通过这样的方式，能够实现滑块252的往复式移动，其中，第一方向和第二方向中的一个方向为将线缆4送出的方向，假定第一方向为将线缆4送出的方向，在滑块252沿着第一方向滑动时，滑块252形成的通口252a的内壁对线缆4具有摩擦，从而通过滑块252与线缆4之间的摩擦力将线缆4送出，从而实现排缆。需要说明的是，在滑块252沿着第二方向滑动时，也会对线缆4产生摩擦力，但是由于已经释放到管道的内壁上线缆4与管道内壁也具有摩擦力，使得滑块252沿着第二方向滑动时不会将线缆4拉回，通过这样的设置，能够实现自动排缆且不会使线缆4发生卷曲和缠绕。需要进一步说明的是，当管道机器人刚进入管道时，由于线缆4还未放置到管道的内壁上，为保证排缆过程中滑块252不会将线缆4拉回，因此可以采用外力拉拽的方式使一部分线缆4先排出并放置到管道的内壁上，当线缆4已经有足够的长度放置到管道的内壁上并具有足够的摩擦力之后，再取消外力作用，从而通过管道的内壁与线缆4的摩擦力来防止滑块252将线缆4拉回。上述的滑块252可以为螺母。

当传动机构24采用齿轮副时，可以通过设置合适的传动比使得放缆盘23放掉一圈的线缆4正好能够满足滑块252将线缆4送出的一个行程，具体地，假定前述的第一方向为将线缆4送出的方向，当放缆盘23上的线缆4被放掉一圈时，记被放掉的线缆4的一圈长度为L，此时滑块252沿着第一方向也移动长度为L的距离，从而实现线缆4的完美排缆，避免线缆4发生卷曲和缠绕。

优选地，如图2所示，线缆舱21的前部与牵引平台1的后部通过万向连接器5连接，在牵引平台1在管道内行走时，能够通过万向连接器5拉拽线缆舱21移动，当然，在空间允许的情况下，还可以将线缆舱21与牵引平台1设置为一体，本领域技术人员可以对此进行灵活地设置，这种牵引平台1对线缆舱21牵引方式的调整和改变不构成对本发明的限制，均应限定在本发明的保护范围之内。

优选地，如图2和5所示，放缆装置2还包括线缆舱行走机构，线缆舱行走机构包括设置在线缆舱21前部的多个第一行走轮26和设置在线缆舱21后部的多个第二行走轮27，多个第一行走轮26和多个第二行走轮27能够共同将线缆舱21支撑在管道中并允许线缆舱21在管道中行走。本领域技术人员可以在实际应用中灵活地设置多个第一行走轮26和多个第二行走轮27对线缆舱21的支撑方式，例如，多个第一行走轮26和多个第二行走轮27可以仅采用底部支撑的方式来支撑线缆舱。在一种优选的情形中，第一行走轮26的数量和第二行走轮27的数量均为三个，多个第一行走轮26在线缆舱21的前部呈环形均匀分布设置，多个第二行走轮27在线缆舱21的后部呈环形均匀分布设置，在这种情形下，如图5所示，从线缆舱21的前部观察，三个第一行走轮26在周向上均匀分布，且每相邻的两个第一行走轮26相对于中心彼此呈120°的夹角，整个线缆舱21在三个第一行走轮26共同所处平面上的投影完全位于三个第一行走轮26形成的圆形空间内，从而避免线缆舱21与管道的内壁剐蹭，同理，三个第二行走轮27的分布方式与三个第一行走轮26的分布方式类似，在此就不再赘述，通过这样的设置，使得线缆舱21的前部和后部都能够稳定地支撑在管道内，尤其适用于截面为圆形的管道。第一行走轮26和第二行走轮27可以与线缆舱21采用刚性连接，或者在刚性连接的基础上增加弹性结构以允许第一行走轮26和第二行走轮27具有一定的自适应变量，从而适应不同直径尺寸的管道或者一些非圆形截面的管道。

优选地，如图2和4所示，前述的控制舱行走机构包括设置在控制舱11前部的多个第三行走轮14和设置在控制舱11后部的多个第四行走轮15，多个第三行走轮14和多个第四行走轮15能够共同将控制舱11支撑在管道中并使控制舱11在管道中行走。和前述的第一行走轮26以及第二行走轮27类似地，本领域技术人员可以在实际应用中灵活地设置多个第三行走轮14和多个第四行走轮15对控制舱11的支撑方式，例如，多个第三行走轮14和多个第四行走轮15可以仅采用底部支撑的方式来支撑线缆舱。在一种优选的情形中，第三行走轮14的数量和第四行走轮15的数量均为三个，多个第三行走轮14在控制舱11的前部呈环形均匀分布设置，多个第四行走轮15在控制舱11的后部呈环形均匀分布设置，在这种情形下，如图4所示，从控制舱11的前部观察，三个第三行走轮14在周向上均匀分布，且每相邻的两个第三行走轮14相对于中心彼此呈120°的夹角，整个控制舱11在三个第三行走轮14共同所处平面上的投影完全位于三个第三行走轮14形成的圆形空间内，从而避免控制舱11与管道的内壁剐蹭，同理，三个第四行走轮15的分布方式与三个第三行走轮14的分布方式类似，在此就不再赘述，通过这样的设置，使得控制舱11的前部和后部都能够稳定地支撑在管道内，尤其适用于截面为圆形的管道。第三行走轮14和第四行走轮15可以与控制舱11采用刚性连接，或者在刚性连接的基础上增加弹性结构以允许第三行走轮14和第四行走轮15具有一定的自适应变量，从而适应不同直径尺寸的管道或者一些非圆形截面的管道。

当然，在本发明中，第一行走轮26、第二行走轮27、第三行走轮14和第四行走轮15的数量不限于三个，还可以为其他数量。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道机器人，其特征在于，所述管道机器人包括牵引平台(1)、放缆装置(2)和电控系统(3)，所述牵引平台(1)与所述放缆装置(2)连接，所述放缆装置(2)上的线缆(4)与所述电控系统(3)连接，所述牵引平台(1)能够带动所述放缆装置(2)一起在管道中行走，所述放缆装置(2)能够在行走的过程中自动放缆。

2.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述放缆装置(2)包括线缆舱(21)、驱动电机(22)、放缆盘(23)、传动机构(24)和排缆机构(25)，所述放缆盘(23)、所述传动机构(24)和所述排缆机构(25)均设置在所述线缆舱(21)中，所述线缆舱(21)与所述牵引平台(1)连接，所述驱动电机(22)的输出轴与所述放缆盘(23)连接以驱动所述放缆盘(23)转动来进行放缆，所述传动机构(24)的输入端和输出端分别与所述放缆盘(23)和所述排缆机构(25)连接，所述排缆机构(25)能够将所述放缆盘(23)放下的线缆(4)排出到管道的内壁上。

3.根据权利要求2所述的管道机器人，其特征在于，所述排缆机构(25)包括往复丝杠(251)和套设在所述往复丝杠(251)上并与所述往复丝杠(251)滑动连接以能够在所述往复丝杠(251)往复移动的滑块(252)，所述传动机构(24)的输出端与所述往复丝杠(251)连接并能够带动所述往复丝杠(251)转动，所述滑块(252)上形成有允许线缆(4)穿过的通口(252a)。

4.根据权利要求2所述的管道机器人，其特征在于，所述传动机构(24)为齿轮副。

5.根据权利要求2所述的管道机器人，其特征在于，所述线缆舱(21)的前部与所述牵引平台(1)的后部通过万向连接器(5)连接。

6.根据权利要求5所述的管道机器人，其特征在于，所述放缆装置(2)还包括线缆舱行走机构，所述线缆舱行走机构包括设置在所述线缆舱(21)前部的多个第一行走轮(26)和设置在所述线缆舱(21)后部的多个第二行走轮(27)，所述多个第一行走轮(26)和所述多个第二行走轮(27)能够共同将所述线缆舱(21)支撑在管道中并允许所述线缆舱(21)在管道中行走。

7.根据权利要求6所述的管道机器人，其特征在于，所述第一行走轮(26)的数量和所述第二行走轮(27)的数量均为三个，所述多个第一行走轮(26)在所述线缆舱(21)的前部呈环形均匀分布设置，所述多个第二行走轮(27)在所述线缆舱(21)的后部呈环形均匀分布设置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的管道机器人，其特征在于，所述牵引平台(1)包括控制舱(11)和设置在所述控制舱(11)上的控制舱行走机构，所述控制舱(11)上设置有摄像头(12)和测距装置(13)，所述控制舱(11)与所述放缆装置(2)连接。

9.根据权利要求8所述的管道机器人，其特征在于，所述控制舱行走机构包括设置在所述控制舱(11)前部的多个第三行走轮(14)和设置在所述控制舱(11)后部的多个第四行走轮(15)，所述多个第三行走轮(14)和所述多个第四行走轮(15)能够共同将所述控制舱(11)支撑在管道中并使所述控制舱(11)在管道中行走。

10.根据权利要求9所述的管道机器人，其特征在于，所述第三行走轮(14)的数量和所述第四行走轮(15)的数量均为三个，所述多个第三行走轮(14)在所述控制舱(11)的前部呈环形均匀分布设置，所述多个第四行走轮(15)在所述控制舱(11)的后部呈环形均匀分布设置。

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