CN114923062A - 一种自适应攀爬管道巡检机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应攀爬管道巡检机器人，涉及巡检机器人技术领域；为了保证机器人巡检的安全；包括安装底座和巡检组件，所述安装底座一侧外壁通过连接滑杆设置有安装盘，所述安装底座和安装盘之间设置有双向丝杠驱动组件，所述安装底座和安装盘外壁活动连接有自适应调节部，自适应调节部顶部固定有行走机构；所述安装盘一侧外壁设置有破碎组件，所述破碎组件包括破碎钻头、容置筒、驱动电机、容置架、安装杆和转动轴；所述容置架固定于安装盘一侧外壁，容置筒一端通过轴承活动连接于正反丝杠表面；通过设置有破碎钻头保证当机器人在管道内巡检，由于管壁附着的污垢对管道堵塞时，可以对污垢进行清理，从而保证机器人顺利通过。

Description

一种自适应攀爬管道巡检机器人
技术领域
本发明涉及巡检机器人技术领域，尤其涉及一种自适应攀爬管道巡检机器人。
背景技术
随着现代城市的建设，各种类型的管道投入到了实际使用当中，于是各种管道的检测、维护、维修等的需要极大地促进了管道机器人的研究，目前对多轮支撑结构的轮式管道机器人研究较多，轮式管道机器人可以针对输送管道的形状，如圆形、方形垂直、倾斜或者水平管道进行自适应伸展，从而可以在管道内壁进行自由行走或者对直立的管道进行攀爬，利用设置在其表面的摄像头等巡检设备可以对管道内壁进行巡检；
但是目前的轮式管道机器人在使用的过程中，当管道内壁在长时间使用的过程中，管壁出现水垢、油垢等污垢时对管道造成了堵塞，使得机器人在巡检的过程中无法通过堵塞处，影响了巡检作业的正常进行，基于此需要设计一种管道巡检机器人可以在正常巡检的过程中，当管道内壁被污垢堵塞时，可以快速对污垢进行破除，保证对管道进行攀爬巡检的顺利进行。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种自适应攀爬管道巡检机器人，包括安装底座和巡检组件，所述安装底座一侧外壁通过连接滑杆设置有安装盘，所述安装底座和安装盘之间设置有双向丝杠驱动组件，所述安装底座和安装盘外壁活动连接有自适应调节部，自适应调节部顶部固定有行走机构；
所述安装盘一侧外壁设置有破碎组件，所述破碎组件包括破碎钻头、容置筒、驱动电机、容置架、安装杆和转动轴；所述容置架固定于安装盘一侧外壁，容置筒一端通过轴承活动连接于正反丝杠表面，其另外一端通过联轴器连接于固定在容置架外壁的驱动电机输出端，两个转动轴利用轴承活动连接于容置筒表面开设的安装孔内，滚动球球面外壁和两个转动轴一端之间销接固定，安装杆设置于滚动球球面外壁，破碎钻头一端通过外螺纹连接于安装杆一端。
优选的：所述安装杆圆周外壁卡接固定有锥形卡板，双向丝杠驱动组件输出端活动连接有用于对锥形卡板进行导向的限位部。
优选的：所述双向丝杠驱动组件包括正反丝杠和步进电机，所述安装盘一端活动连接于安装盘表面开设的安装孔内，且其安装于安装盘中心处，安装盘另外一端通过联轴器连接于步进电机输出端，步进电机固定于安装底座一侧外壁。
作为本发明优选的：所述限位部包括锥形罩、弧形柱和滑移框；所述滑移框和移动盘之间互相适配，锥形罩和滑移框之间利用弧形柱进行设置固定。
作为本发明一种优选的：所述自适应调节部包括连杆组件和控制部；所述连杆组件包括连杆一、连杆二和联动杆；所述连杆一一端和安装底座外壁之间进行铰接，连杆二一端和安装盘外壁之间进行铰接，连杆一远离安装底座的一端和连杆二远离安装盘的一端之间通过联动杆进行铰接。
作为本发明一种优选的：所述控制部包括移动盘和调节杆；所述移动盘和正反丝杠之间互相适配，移动盘外壁和连杆二中段位置处利用调节杆进行铰接。
进一步的：所述行走机构包括行进部和平衡部；所述行进部包括驱动轮、支架二、框架二、驱动马达、弹簧二和凸形杆二；所述框架二设置于联动杆上表面，且其呈口字型，凸形杆二活动连接于框架二表面开设的通孔内壁，弹簧二一端卡接于凸形杆二底部内壁，且另外一端卡接于框架二内表面，支架二设置于凸形杆二顶部外壁，驱动轮两端分别活动连接于支架二表面开设的通孔内壁，驱动轮一端通过联轴器连接于固定在支架二表面的驱动马达输出端。
作为本发明进一步的方案：所述平衡部包括支撑轮、框架一、支架一、凸形杆一和弹簧一；所述框架一设置于联动杆顶部外壁，凸形杆一活动连接于框架一上表面开设的通孔内壁，弹簧一两端卡接于框架一和凸形杆一之间，支架一设置于凸形杆一顶部外壁，支撑轮两端活动连接于支架一内壁。
作为本发明再进一步的方案：所述锥形罩一侧外壁一体成型有弧形罩板，且弧形罩板一端呈圆弧形空心结构。
作为本发明再进一步的方案：所述巡检组件包括固定架、摄像机和照明灯；所述固定架固定于弧形罩板顶部外壁，摄像机和照明灯分别固定于固定架的两端。
本发明的有益效果为：
1.通过设置破碎钻头可以保证当机器人在管道内巡检，由于管壁附着的污垢对管道堵塞时，可以对污垢进行清理，从而保证机器人顺利通过。
2.通过设置有双向丝杠驱动组件可以保证破碎钻头在对污垢清理完毕后，使其可以从管壁脱离，避免机器人在移动过程中提高破碎钻头和管壁之间的摩擦阻力，同时可以对自适应调节部的张开幅度进行调节，使得行走机构可以适应于不同管径的管道。
3.通过设置有弹簧一和弹簧二可以保证机器人在行走的过程中，使得支撑轮和驱动轮可以始终和管壁表面之间进行贴合。
4.通过设置有支撑轮可以配合驱动轮对整个机器人进行支撑，使得机器人可以沿着管道进行巡检行走。
5.通过将弧形罩板设置为可以伸缩式，从而保证了在破碎钻头对污垢清理时，使得弧形罩板从破碎钻头表面脱离，当机器人需要转弯时，可以对机器人的移动路径进行导向。
附图说明
图1是本发明提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人的整体结构示意图；
图2是本发明提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人的行走机构整体结构示意图；
图3是本发明提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人的行走机构背面结构示意图；
图4是本发明提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人的行走机构局部结构示意图；
图5是本发明提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人的管壁清理组件整体结构示意图；
图6是本发明提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人的管壁清理组件爆炸结构示意图；
图7是本发明提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人的管壁清理组件局部爆炸结构示意图；
图8是本发明提出的一种自适应攀爬管道巡检机器人的限位导向组件结构示意图。
图中：1-安装底座、2-连杆一、3-支撑轮、4-驱动轮、5-连杆二、6-安装盘、7-弧形罩板、8-破碎钻头、9-容置筒、10-驱动电机、11-框架一、12-支架一、13-支架二、14-框架二、15-联动杆、16-正反丝杠、17-驱动马达、18-连接滑杆、19-步进电机、20-凸形杆一、21-弹簧一、22-移动盘、23-调节杆、24-弹簧二、25-凸形杆二、26-容置架、27-锥形罩、28-固定架、29-摄像机、30-照明灯、31-锥形卡板、32-安装杆、33-弧形柱、34-滑移框、35-转动轴、36-滚动球。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是限定所指的装置、结构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
实施例1：
一种自适应攀爬管道巡检机器人，如图1-8所示，包括安装底座1和巡检组件，所述安装底座1一侧外壁通过连接滑杆18焊接有安装盘6，所述安装底座1和安装盘6之间设置有双向丝杠驱动组件，所述安装底座1和安装盘6外壁转动连接有自适应调节部，自适应调节部顶部固定有行走机构；
所述安装盘6一侧外壁设置有破碎组件，所述破碎组件包括破碎钻头8、容置筒9、驱动电机10、容置架26、安装杆32和转动轴35；所述容置架26通过螺栓固定于安装盘6一侧外壁，容置筒9一端通过轴承转动连接于正反丝杠16表面，其另外一端通过联轴器连接于固定在容置架26外壁的驱动电机10输出端，两个转动轴35利用轴承转动连接于容置筒9表面开设的安装孔内，滚动球36球面外壁和两个转动轴35一端之间销接固定，安装杆32焊接于滚动球36球面外壁，破碎钻头8一端通过外螺纹连接于安装杆32一端；
所述安装杆32圆周外壁卡接固定有锥形卡板31，所述双向丝杠驱动组件输出端滑动连接有用于对锥形卡板31进行导向的限位部；
由于滚动球36和容置筒9之间通过转动轴35形成转动连接关系，使得巡检机器人在管道内壁进行攀爬的过程中，当管道内壁出现污垢时，破碎钻头8在自身的重力作用下通过转动轴35下垂，使其表面和管壁之间进行接触，利用驱动电机10可以驱动容置筒9进行转动，进而通过转动轴35的联动，使得破碎钻头8可以在高速旋转的过程中对污垢进行清除，可以避免由于污垢堵塞管道导致机器人无法进行巡检作业，利用限位部可以在破碎钻头8对污垢清除完毕后，可以对锥形卡板31进行导向，使得破碎钻头8从管壁脱离，从而避免在正常攀爬过程中，管壁对破碎钻头8产生阻力，降低机器人的巡检速度。
为了对破碎钻头8的位置进行调节；如图1-6所示，所述双向丝杠驱动组件包括正反丝杠16和步进电机19，所述安装盘6一端转动连接于安装盘6表面开设的安装孔内，且其安装于安装盘6中心处，安装盘6另外一端通过联轴器连接于步进电机19输出端，步进电机19通过螺栓固定于安装底座1一侧外壁；
所述限位部包括锥形罩27、弧形柱33和滑移框34；所述滑移框34和移动盘22之间互相适配，且滑移框34利用连接滑杆18进行导向限位，锥形罩27和滑移框34之间利用弧形柱33进行焊接固定，锥形罩27内径和锥形卡板31外径互相适配；
利用双向丝杠驱动组件可以控制锥形罩27的水平往复移动，使得当锥形罩27从锥形卡板31外壁逐渐脱离时，锥形卡板31在失去了锥形罩27的支撑后，使得破碎钻头8可以下垂和管壁之间接触，当锥形罩27反向移动逐渐插入到锥形卡板31外壁时，锥形卡板31在锥形罩27的支撑作用下驱动破碎钻头8从管壁脱离，通过将锥形罩27和锥形卡板31设置为锥形结构，使得锥形罩27的下部开口大于锥形卡板31顶部锥形部分，从而可以快速将破碎钻头8从管壁脱离。
为了使得机器人适用于不同管径的管道；如图1-4所示，所述自适应调节部包括连杆组件和控制部；所述连杆组件包括连杆一2、连杆二5和联动杆15；所述连杆一2一端和安装底座1外壁之间进行铰接，连杆二5一端和安装盘6外壁之间进行铰接，连杆一2远离安装底座1的一端和连杆二5远离安装盘6的一端之间通过联动杆15进行铰接；
所述控制部包括移动盘22和调节杆23；所述移动盘22和正反丝杠16之间互相适配，移动盘22外壁和连杆二5中段位置处利用调节杆23进行铰接；
利用移动盘22的横向移动，可以使得连杆二5在调节杆23的调节作用下沿着安装盘6进行转动，连杆一2可以在联动杆15的联动作用下保证和连杆二5的摆动幅度保持一致，连杆组件可以为多组，包括不限于3组，通过调节连杆组件的摆动幅度，从而可以使得在对管道进行攀爬时，保证行走机构可以和不同管径的管道相适配，从而保证在攀爬的过程中，行走机构可以支撑在管壁上，使得机器人不会发生坠落。
为了使得机器人可以进行行走；如图1-4所示，所述行走机构包括行进部和平衡部；所述行进部包括驱动轮4、支架二13、框架二14、驱动马达17、弹簧二24和凸形杆二25；所述框架二14焊接于联动杆15上表面，且其呈口字型，凸形杆二25滑动连接于框架二14表面开设的通孔内壁，弹簧二24一端卡接于凸形杆二25底部内壁，且另外一端卡接于框架二14内表面，支架二13焊接于凸形杆二25顶部外壁，驱动轮4两端分别转动连接于支架二13表面开设的通孔内壁，驱动轮4一端通过联轴器连接于固定在支架二13表面的驱动马达17输出端；
利用驱动马达17作为动力源驱动驱动轮4进行旋转，从而使得机器人可以在管道内进行攀爬，驱动轮4的设置数量和连杆组件的数量相同，且不同的驱动轮4之间利用独立的驱动马达17进行驱动，从而避免在管道的弯折处移动时，驱动轮4之间彼此出现运动干涉，通过支架二13对各自连接的驱动轮4进行独立驱动，保证机器人的正常行进，利用框架二14的弹力作用进一步优化了机器人在含有污垢的管壁行进时，使得驱动轮4可以始终和管壁之间进行贴合，避免驱动轮4出现悬空。
为了保证机器人在移动过程中的平衡；如图1-4所示，所述平衡部包括支撑轮3、框架一11、支架一12、凸形杆一20和弹簧一21；所述框架一11焊接于联动杆15顶部外壁，凸形杆一20滑动连接于框架一11上表面开设的通孔内壁，弹簧一21两端卡接于框架一11和凸形杆一20之间，支架一12焊接于凸形杆一20顶部外壁，支撑轮3两端转动连接于支架一12内壁；
所述支撑轮3和驱动轮4的设置数量相同，利用支撑轮3和驱动轮4之间的配合，保证可以对整个机器人进行支撑，从而避免机器人出现倒伏，同时弹簧一21和弹簧二24的作用相同，即保证支撑轮3和管壁之间的贴合度，同时弹簧一21和弹簧二24可以在破碎钻头8对管壁的污垢进行破碎时，起到让位作用，即当支撑轮3和驱动轮4已经和管壁贴合时，利用弹簧一21和弹簧二24的形变可以保证锥形罩27从锥形卡板31外壁脱离，使得破碎钻头8下垂和管壁接触。
为了对机器人的移动进行导向；如图8所示，所述锥形罩27一侧外壁一体成型有弧形罩板7，且弧形罩板7一端呈圆弧形空心结构；
利用弧形罩板7可以在破碎钻头8不使用时对其外表进行罩住，通过将其一端设置为圆弧形结构，可以使得在机器人在弯管中移动时，可以对整个机器人的移动路径进行导向，减少导向过程中的摩擦阻力。
本实施例在使用时，首先将机器人通过控制模块和计算机之间进行连接，利用计算机对机器人进行相应的指令控制，接着将机器人放置在管道内壁，当管道呈L型时，即需要机器人沿着管道进行攀爬时，首先利用自适应调节部控制行走机构和管壁表面之间进行贴合，接着利用行走机构沿着管壁向上进行攀爬，在攀爬的过程中，当管道出现由于液体的侵蚀产生锈迹或污垢时，限位部取消对于锥形卡板31的限位，使得破碎钻头8在自身的重力的作用下产生摆动，使得破碎钻头8表面可以和管壁表面进行接触，接着利用驱动电机10控制破碎钻头8进行高速旋转，从而可以对附着在管壁表面的污垢进行清理，当管壁内径足够机器人行走时，破碎钻头8停止作业，接着利用限位部将破碎钻头8进行复位，接着继续控制机器人对管道进行巡检。
实施例2：
一种自适应攀爬管道巡检机器人，如图5所示，为了对管道进行巡检；本实施例在实施例1的基础上作出以下补充：所述巡检组件包括固定架28、摄像机29和照明灯30；所述固定架28通过螺栓固定于弧形罩板7顶部外壁，摄像机29和照明灯30分别固定于固定架28的两端；
利用照明灯30可以起到对管道内进行照明的作用，利用摄像机29可以对管道内的情况进行拍摄，从而可以对管道起到巡检的作用。
本实施例在使用时，所述巡检机器人内部设置有控制模块，控制模块可以包括控制器、驱动单元，控制器通过通讯电缆和计算机之间进行连接，从而便于操作人员利用计算机对机器人发出操作指令，驱动单元和驱动电机10、驱动马达17、步进电机19、摄像机29和照明灯30之间电性连接。
以上所述，为本发明较佳的具体实施方式，但并非本发明唯一的具体实施方式，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内结合现有技术或公众常识，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自适应攀爬管道巡检机器人，包括安装底座(1)和巡检组件，其特征是，所述安装底座(1)一侧外壁通过连接滑杆(18)设置有安装盘(6)，所述安装底座(1)和安装盘(6)之间设置有双向丝杠驱动组件，所述安装底座(1)和安装盘(6)外壁活动连接有自适应调节部，自适应调节部顶部固定有行走机构；
所述安装盘(6)一侧外壁设置有破碎组件，所述破碎组件包括破碎钻头(8)、容置筒(9)、驱动电机(10)、容置架(26)、安装杆(32)和转动轴(35)；所述容置架(26)固定于安装盘(6)一侧外壁，容置筒(9)一端通过轴承活动连接于正反丝杠(16)表面，其另外一端通过联轴器连接于固定在容置架(26)外壁的驱动电机(10)输出端，两个转动轴(35)利用轴承活动连接于容置筒(9)表面开设的安装孔内，滚动球(36)球面外壁和两个转动轴(35)一端之间销接固定，安装杆(32)设置于滚动球(36)球面外壁，破碎钻头(8)一端通过外螺纹连接于安装杆(32)一端。
2.根据权利要求1所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述安装杆(32)圆周外壁卡接固定有锥形卡板(31)，双向丝杠驱动组件输出端活动连接有用于对锥形卡板(31)进行导向的限位部。
3.根据权利要求2所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述双向丝杠驱动组件包括正反丝杠(16)和步进电机(19)，所述安装盘(6)一端活动连接于安装盘(6)表面开设的安装孔内，且其安装于安装盘(6)中心处，安装盘(6)另外一端通过联轴器连接于步进电机(19)输出端，步进电机(19)固定于安装底座(1)一侧外壁。
4.根据权利要求3所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述限位部包括锥形罩(27)、弧形柱(33)和滑移框(34)；所述滑移框(34)和移动盘(22)之间互相适配，锥形罩(27)和滑移框(34)之间利用弧形柱(33)进行设置固定。
5.根据权利要求4所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述自适应调节部包括连杆组件和控制部；所述连杆组件包括连杆一(2)、连杆二(5)和联动杆(15)；所述连杆一(2)一端和安装底座(1)外壁之间进行铰接，连杆二(5)一端和安装盘(6)外壁之间进行铰接，连杆一(2)远离安装底座(1)的一端和连杆二(5)远离安装盘(6)的一端之间通过联动杆(15)进行铰接。
6.根据权利要求5所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述控制部包括移动盘(22)和调节杆(23)；所述移动盘(22)和正反丝杠(16)之间互相适配，移动盘(22)外壁和连杆二(5)中段位置处利用调节杆(23)进行铰接。
7.根据权利要求6所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述行走机构包括行进部和平衡部；所述行进部包括驱动轮(4)、支架二(13)、框架二(14)、驱动马达(17)、弹簧二(24)和凸形杆二(25)；所述框架二(14)设置于联动杆(15)上表面，且其呈口字型，凸形杆二(25)活动连接于框架二(14)表面开设的通孔内壁，弹簧二(24)一端卡接于凸形杆二(25)底部内壁，且另外一端卡接于框架二(14)内表面，支架二(13)设置于凸形杆二(25)顶部外壁，驱动轮(4)两端分别活动连接于支架二(13)表面开设的通孔内壁，驱动轮(4)一端通过联轴器连接于固定在支架二(13)表面的驱动马达(17)输出端。
8.根据权利要求7所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述平衡部包括支撑轮(3)、框架一(11)、支架一(12)、凸形杆一(20)和弹簧一(21)；所述框架一(11)设置于联动杆(15)顶部外壁，凸形杆一(20)活动连接于框架一(11)上表面开设的通孔内壁，弹簧一(21)两端卡接于框架一(11)和凸形杆一(20)之间，支架一(12)设置于凸形杆一(20)顶部外壁，支撑轮(3)两端活动连接于支架一(12)内壁。
9.根据权利要求8所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述锥形罩(27)一侧外壁一体成型有弧形罩板(7)，且弧形罩板(7)一端呈圆弧形空心结构。
10.根据权利要求9所述的一种自适应攀爬管道巡检机器人，其特征是，所述巡检组件包括固定架(28)、摄像机(29)和照明灯(30)；所述固定架(28)固定于弧形罩板(7)顶部外壁，摄像机(29)和照明灯(30)分别固定于固定架(28)的两端。
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