CN114754227A - 一种可视化管道修复机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可视化管道修复机器人，包括顶压驱动组件、连接块、牵引装置、影像摄取组件和控制器，其中，顶压驱动组件具有至少一个伸缩驱动端；连接块为一对且相对设置，其中一连接块的一端与顶压驱动组件的伸缩驱动端连接且由顶压驱动组件的伸缩驱动端驱动位移，其另一端用于与待修复管道内壁配合，另一连接块连接在顶压驱动组件远离其中一连接块的端部上；牵引装置与顶压驱动组件连接；影像摄取组件连接在牵引装置上，且用于获取待修复管道内的影像；控制器与顶压驱动组件、牵引装置和影像摄取组件连接且控制顶压驱动组件、牵引装置和影像摄取组件的工作启闭，本方案结构简单、实施可靠且成本低，使用效果佳。

Description

一种可视化管道修复机器人

技术领域

本发明涉及管道修复装置及修复技术领域，尤其涉及一种可视化管道修复机器人。

背景技术

随着城市建设的飞速发展，管道建设逐年增加，城市地下管网规模不断扩大，而建设管道由于使用时间长，会发生管道腐蚀、损坏，造成巨大损失，而更换管道成本十分巨大。管道主要应用在燃气、给排水、化工、热力、石油及其它地下工业等，用途广泛，因而，管道修复非常重要。现有开挖修复技术需要利用挖掘设备对管道铺设沟渠进行开挖，并在管道安装、维修或更换完成后再填槽，这种修复技术虽然具有良好的修复效果，但耗时耗力，施工周期长，修复流程复杂且成本较高，具有明显不足。

基于现有技术的不足，若是可以在不开挖管道的情况下，通过引入可视化技术，将其装载于管道修复机器人上，令其配合辅助实现管道的内部修复，以此达到修复位置的灵活调整和提高修复效率，那么将会大大提高管道修复的成功率和便利性，同时也具有积极的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种实施可靠、操作便利且结构配合稳定的可视化管道修复机器人。

为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种可视化管道修复机器人，其包括：

顶压驱动组件，其具有至少一个伸缩驱动端；

连接块，为一对且相对设置，其中一连接块的一端与顶压驱动组件的伸缩驱动端连接且由顶压驱动组件的伸缩驱动端驱动位移，其另一端用于与待修复管道内壁配合，另一连接块连接在顶压驱动组件远离其中一连接块的端部上，一对所述连接块与待修复管道内壁相对的端面形成有与待修复管道内壁轮廓相适应的弧形结构；

牵引装置，与顶压驱动组件连接且带动顶压驱动组件在待修复管道内移动；

影像摄取组件，连接在牵引装置上，且用于获取待修复管道内的影像；

控制器，与顶压驱动组件、牵引装置和影像摄取组件连接且控制顶压驱动组件、牵引装置和影像摄取组件的工作启闭，以及接收影像摄取组件所获取的影像数据。

作为一种可能的实施方式，进一步，所述牵引装置包括车架和连接在车架上的一对车轮，以及设置在车架上且与其中一对车轮连接并驱动其旋转的第一驱动电机，其中，所述第一驱动电机与控制器连接且由控制器控制工作启闭；另外，所述车架与顶压驱动组件和影像摄取组件连接。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述车轮远离车架的一侧为锥台形结构。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述影像摄取组件通过云台连接在牵引装置的车架上。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述影像摄取组件包括摄像头，该摄像头还内置有补光灯。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，本方案还包括：

旋转驱动组件，设置在机架上且与顶压驱动组件连接并带动顶压驱动组件旋转，使一对连接块跟随旋转。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述旋转驱动组件包括：

连接架，设置在车架上端面；

连接杆，可转动地穿置连接在连接架上，所述连接杆的一端与顶压驱动组件固定连接；

旋转齿轮，固定在连接杆的另一端；

第二驱动电机，固定在机架上且其转轴末端设有驱动齿轮并与旋转齿轮啮合连接，由第二驱动电机驱动连接杆带动顶压驱动组件旋转，所述第二驱动电机为电制动伺服电机，其与控制器连接且由控制器控制启闭。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述顶压驱动组件为电动液压千斤顶或双出杆液压油缸，其中，所述顶压驱动组件为双出杆液压油缸时，一对连接块分别连接在双出杆液压油缸的两驱动杆末端上。

作为一种较优的选择实施方式，优选的，一对所述连接块接近顶压驱动组件的端部上设有用于穿置钢索的连接孔。

基于上述方案，本发明还提供一种管道修复方法，其包括上述所述的可视化管道修复机器人，所述修复方法包括：

S01、将管道修补材料置于连接块朝向待修复管道的端面上；

S02、将可视化管道修复机器人置于待修复管道内，通过牵引装置工作启动带动顶压驱动组件、影像摄取组件和连接块行进；

S03、通过影像摄取组件实时获取待修复管道内的影像并输出；

S04、根据影像摄取组件所获取的影像，对待修复管道内部的待修复位置进行定位，生成定位结果；

S05、根据定位结果，通过牵引装置将顶压驱动组件和连接块驱动至预设位置；

S06、令连接块上的管道修补材料朝向待修复管道内部的待修复位置；

S07、顶压驱动组件工作启动，驱动连接块沿接近待修复位置方向移动并相贴，继而以预设压力进行顶压，使管道修补材料与待修复位置以预设压力贴合并保压预设时长；

S08、保压结束后，顶压驱动组件复位，令连接块跟随复位，连接块复位过程中，管道修补材料脱离连接块；

S09、回收可视化管道修复机器人，完成管道修复。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：

1、与现有技术相比，本发明方案的可视化管道修复机器人在进入管道内进行探测时，可借助摄像头的视频影像精准到达修复位置，无需预先设置指定位置，并可辅助外部控制，灵活调节管道修复机器人在管道中的位置，轻松进入管网中进行修复工作；完成修复后，也可以直接通过连接孔上穿置的钢索进行将其拉回。

2、本发明方案还通过云台来方便调整影像摄取组件的影像摄取角度，使其在实时影像摄取时，能方便观测待修复管道的修复状态，使得维保人员能够根据情况来调节控制操作，也更加便于观察管内环境；

3、本发明方案通过旋转驱动组件与顶压驱动组件连接，可以使得顶压驱动组件在管道内部可以转动一定角度，令连接块的外表面可与管道内壁充分接触，避免出现局部修复不均匀与修复死角的现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明方案的简要实施结构二维视角结构示意图之一；

图2是本发明方案的简要实施结构二维视角结构示意图之二；

图3是本发明方案的连接块与顶压驱动组件连接的简要配合示意图；

图4是本发明方案的第一驱动电机与其中一对车轮配合驱动的简要连接示意图；

图5是本发明方案的装置在待修复管道内的状态示意图之一；

图6是本发明方案的装置在待修复管道内的状态示意图之二；

图7是本发明方案的顶压驱动组件为双出杆液压油缸时，其与连接块的简要连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图6之一所示，本实施例方案一种可视化管道修复机器人，其包括：

顶压驱动组件1，其具有至少一个伸缩驱动端，本实施例中，所述顶压驱动组件1为千斤顶；

连接块2，为一对且相对设置，其中一连接块2的一端与顶压驱动组件1的伸缩驱动端连接且由顶压驱动组件1的伸缩驱动端驱动位移，其另一端用于与待修复管道6内壁配合，另一连接块2连接在顶压驱动组件1远离其中一连接块2的端部上，一对所述连接块2与待修复管道6内壁相对的端面形成有与待修复管道6内壁轮廓相适应的弧形结构；

牵引装置3，与顶压驱动组件1连接且带动顶压驱动组件1在待修复管道6内移动；

影像摄取组件4，连接在牵引装置3上，且用于获取待修复管道6内的影像；

控制器，与顶压驱动组件1、牵引装置3和影像摄取组件4连接且控制顶压驱动组件1、牵引装置3和影像摄取组件4的工作启闭，以及接收影像摄取组件4所获取的影像数据。

本方案中，所述顶压驱动组件1为千斤顶时，连接在千斤顶的驱动端的连接块2在初始状态时，其距离待修复管道6内壁的距离大于另一连接块与待修复管道6的距离，因为顶压驱动组件1为千斤顶时，其只有一个活动端，因此，当其驱动端伸出带动连接块2与待修复管道6内部接触时，会因为受力问题，而导致牵引装置3发生一定的受理而倾斜，为了避免倾斜过大，本方案中，当顶压驱动组件1为千斤顶时，远离千斤顶驱动端的连接块2与待修复管道内壁的间距应控制在0.5～2cm，在此距离下，即使发生一定的倾斜适应，也不会导致牵引组件侧翻等异常姿态问题发生。

本方案中，所述牵引装置3包括车架31和连接在车架31上的一对车轮32，以及设置在车架31上且与其中一对车轮32连接并驱动其旋转的第一驱动电机33，所述一对车轮33之间其通过转轴连接，转轴上设有第一伞齿轮331，所述第一驱动电机33的驱动轴末端设有与第一伞齿轮331配合的第二伞齿轮332，所述第一驱动电机33与控制器连接且由控制器控制工作启闭；另外，所述车架31与顶压驱动组件1和影像摄取组件4连接。

为了方便车轮33在待修复管道6内移动，以及提高车轮33与待修复管道6内壁的接触面，本方案中，所述车轮33远离车架的一侧为锥台形结构331。

为了方便调节影像摄取组件4的影像摄取交底，本方案中，所述影像摄取组件4通过云台41连接在牵引装置3的车架31上，所述云台41可以为手动调节云台，也可以是市销的电控云台，其用于对影像摄取组件4的影像摄取角度进行360度调整，以便于适应待修复管道6的实际内部情况。

同时，为了避免待修复管道6内的光线问题给影像摄取组件4的影像摄取带来干扰，本方案中，作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述影像摄取组件4包括摄像头，该摄像头还内置有补光灯，通过补光灯可以为摄像头提供光照，避免待修复管道6内的昏暗环境使得摄像头无法获得较为优质的影像摄取画面，本方案中，所述的摄像头可以为500万像素以上的高清彩色摄像头，该摄像头具有两个方向的可调自由度，以便于方便对待修复管道6内部情况进行影像摄取，通过影像摄取组件4可以方便对管道内部的情况进行影像获取，以方便维护人员获知管道内部的破损、错位等缺陷，同时，还可以借助影像摄取组件4所反馈的影像情况来指导维护人员控制牵引装置3行进，使其移动作业更为灵活，适应性更强。

本方案装置主要用于待修复管道6避免的凹坑61或开裂问题进行修复处理，由于待修复管道6内的凹坑61或开裂部位不一定位于其上侧或正下侧，为了能够方便适应需要修复位置的实际情况，本方案还包括旋转驱动组件5，其设置在机架31上且与顶压驱动组件1连接并带动顶压驱动组件1旋转，使一对连接块2跟随旋转；优选的，所述旋转驱动组件5包括：

连接架51，设置在车架31上端面；

连接杆52，可转动地穿置连接在连接架51上，所述连接杆52的一端与顶压驱动组件1固定连接；

旋转齿轮54，固定在连接杆52的另一端；

第二驱动电机53，固定在机架31上且其转轴末端设有驱动齿轮531并与旋转齿轮54啮合连接，由第二驱动电机53驱动连接杆52带动顶压驱动组件1旋转，所述第二驱动电机53为电制动伺服电机，其与控制器连接且由控制器控制启闭。

为了方便在装置完成工作后，拉回装置，本方案中，一对所述连接块2接近顶压驱动组件1的端部上设有用于穿置钢索的连接孔21，所述钢索用于辅助拉回牵引装置或顶压驱动组件1，所述连接孔21可以为三个且沿连接块2厚度方向间隔设置，其中，本方案装置在使用时，可以预先将钢索连接在连接孔21上，钢索的自由端留置在待修复管道6的外部，以便于后续通过拉动钢索来方便回收装置。

本方案中，所述顶压驱动组件1可以为电动液压千斤顶，其也可以为双出杆液压油缸(如图7所示)，其中，所述顶压驱动组件为双出杆液压油缸时，一对连接块2分别连接在双出杆液压油缸的两驱动杆末端上；顶压驱动组件1采用双出杆液压油缸的结构形式，可以使得连接块2的操作使用更为灵活，而在该结构形势下，连接块2在初始状态时，两个连接块2距离待修复管道6的内壁间距应相同，在此情况下，顶压驱动组件1驱动连接块2跟随移动时，可以保证两个移动块2同步移动，从而实现受力相互中和制约，避免牵引装置3发生受力不平衡而倾斜或侧翻的异常姿态问题。

另外，还需要说明的是，本方案中所述顶压驱动组件1无论是采用电动液压千斤顶或双出杆液压油缸，其所供应的液压油均由外部液压系统进行配合，此为现有技术，便不再对其赘述液压工作机理和控制机理。

基于上述方案，本实施例方案还提供一种管道修复方法，其包括上述所述的可视化管道修复机器人，所述修复方法包括：

S01、将管道修补材料置于连接块2朝向待修复管道6的端面上；

S02、将可视化管道修复机器人置于待修复管道6内，通过牵引装置3工作启动带动顶压驱动组件1、影像摄取组件4和连接块2行进；

S03、通过影像摄取组件4实时获取待修复管道6内的影像并输出；

S04、根据影像摄取组件6所获取的影像，对待修复管道6内部的待修复位置(例如凹坑61)进行定位，生成定位结果；

S05、根据定位结果，通过牵引装置3将顶压驱动组件1和连接块2驱动至预设位置；

S06、令连接块2上的管道修补材料朝向待修复管道6内部的待修复位置；

S07、顶压驱动组件1工作启动，驱动连接块2沿接近待修复位置方向移动并相贴，继而以预设压力进行顶压，使管道修补材料与待修复位置以预设压力贴合并保压预设时长；

S08、保压结束后，顶压驱动组件1复位，令连接块2跟随复位，连接块2复位过程中，管道修补材料脱离连接块；

S09、回收可视化管道修复机器人，完成管道修复。

除此之外，对于管道发生内凹变形，也可以直接通过上述方法进行修复，其区别在于无需使用修复材料，装置的运行过程则是大同小异，便不再赘述。

需要说明，本实施例方案的牵引装置3和旋转驱动组件5均采用电机驱动的方式，其实现管道修复机器人在管内移动，动力充足，适合不同管径的管道，通过外部控制器灵活调节机器位置，容易探测管内情况，及时检测出管道内部缺陷。

还需要说明的是，本实施例方案装置在实际应用时，其过程无需开挖，无需人员进入管道，令其具备安全性好，环境影响小，施工准备时间短的优点，维护人员在确定受损位置后，可一次性完成快速堵漏、填充等工序，修复材料固化时间快，抗压能力强，有良好的耐化学腐蚀能力，有效提升管道使用寿命。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种可视化管道修复机器人，其特征在于，其包括：

顶压驱动组件，其具有至少一个伸缩驱动端；

连接块，为一对且相对设置，其中一连接块的一端与顶压驱动组件的伸缩驱动端连接且由顶压驱动组件的伸缩驱动端驱动位移，其另一端用于与待修复管道内壁配合，另一连接块连接在顶压驱动组件远离其中一连接块的端部上，一对所述连接块与待修复管道内壁相对的端面形成有与待修复管道内壁轮廓相适应的弧形结构；

牵引装置，与顶压驱动组件连接且带动顶压驱动组件在待修复管道内移动；

影像摄取组件，连接在牵引装置上，且用于获取待修复管道内的影像；

控制器，与顶压驱动组件、牵引装置和影像摄取组件连接且控制顶压驱动组件、牵引装置和影像摄取组件的工作启闭，以及接收影像摄取组件所获取的影像数据。

2.如权利要求1所述的可视化管道修复机器人，其特征在于，所述牵引装置包括车架和连接在车架上的一对车轮，以及设置在车架上且与其中一对车轮连接并驱动其旋转的第一驱动电机，其中，所述第一驱动电机与控制器连接且由控制器控制工作启闭；另外，所述车架与顶压驱动组件和影像摄取组件连接。

3.如权利要求2所述的可视化管道修复机器人，其特征在于，所述车轮远离车架的一侧为锥台形结构。

4.如权利要求2所述的可视化管道修复机器人，其特征在于，所述影像摄取组件通过云台连接在牵引装置的车架上。

5.如权利要求4所述的可视化管道修复机器人，其特征在于，所述影像摄取组件包括摄像头，该摄像头还内置有补光灯。

6.如权利要求2所述的可视化管道修复机器人，其特征在于，其还包括：

旋转驱动组件，设置在机架上且与顶压驱动组件连接并带动顶压驱动组件旋转，使一对连接块跟随旋转。

7.如权利要求6所述的可视化管道修复机器人，其特征在于，所述旋转驱动组件包括：

连接架，设置在车架上端面；

连接杆，可转动地穿置连接在连接架上，所述连接杆的一端与顶压驱动组件固定连接；

旋转齿轮，固定在连接杆的另一端；

第二驱动电机，固定在机架上且其转轴末端设有驱动齿轮并与旋转齿轮啮合连接，由第二驱动电机驱动连接杆带动顶压驱动组件旋转，所述第二驱动电机为电制动伺服电机，其与控制器连接且由控制器控制启闭。

8.如权利要求1所述的可视化管道修复机器人，其特征在于，所述顶压驱动组件为电动液压千斤顶或双出杆液压油缸，其中，所述顶压驱动组件为双出杆液压油缸时，一对连接块分别连接在双出杆液压油缸的两驱动杆末端上。

9.如权利要求1所述的可视化管道修复机器人，其特征在于，一对所述连接块接近顶压驱动组件的端部上设有用于穿置钢索的连接孔。

10.一种管道修复方法，其特征在于，其包括权利要求1至9之一所述的可视化管道修复机器人，所述修复方法包括：

将管道修补材料置于连接块朝向待修复管道的端面上；

将可视化管道修复机器人置于待修复管道内，通过牵引装置工作启动带动顶压驱动组件、影像摄取组件和连接块行进；

通过影像摄取组件实时获取待修复管道内的影像并输出；

根据影像摄取组件所获取的影像，对待修复管道内部的待修复位置进行定位，生成定位结果；

根据定位结果，通过牵引装置将顶压驱动组件和连接块驱动至预设位置；

令连接块上的管道修补材料朝向待修复管道内部的待修复位置；

顶压驱动组件工作启动，驱动连接块沿接近待修复位置方向移动并相贴，继而以预设压力进行顶压，使管道修补材料与待修复位置以预设压力贴合并保压预设时长；

保压结束后，顶压驱动组件复位，令连接块跟随复位，连接块复位过程中，管道修补材料脱离连接块；

回收可视化管道修复机器人，完成管道修复。

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