CN115199862A - 一种多角度弯曲的管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多角度弯曲的管道机器人，包括第一支撑组件(1)、第二支撑组件(2)、以及活动连接在第一支撑组件(1)与第二支撑组件(2)之间的弯曲装置；驱动移动的第一支撑组件(1)与第二支撑组件(2)内均设有对张开角度管道内壁支撑的支臂组件(13)；弯曲装置包括各方向弯曲的骨架组件(4)、以及连接在骨架组件(4)内并成角度弯曲调整的弯曲组件(3)。本一种多角度弯曲的管道机器人，能够主动弯曲调整以适用管道变形、对接等弯曲情况，避免在管道内损伤、或者弯曲受力方向不准确造成卡住的情况，适用范围更广。

Description

一种多角度弯曲的管道机器人

技术领域

本发明涉及管道技术领域，具体涉及一种多角度弯曲的管道机器人。

背景技术

管道是输送气、液的重要途径，在船舶、石油化工等领域具有非常广泛的应用。因管道内部长期与液体、天然气等各种介质接触，比如排水管道在运行一定时期后，其内部会发生腐蚀、破损、泄漏、甚至堵塞的现象，严重影响管道的运行安全，存在很大的风险隐患。

因此需要对管道进行定期检测，以发现管路缺陷、排除安全隐患，人工无法适用于检测管道内部情况，需要相应的管道机器人，现有的管道机器人为适用在管道变形、管道对接情况下的爬行，其主要包括弯曲机构、位于弯曲机构两侧的爬行机构，现有申请号CNCN202111399948.5中国公开专利：一种管道疏通机器人的机械结构，其技术方案包括：疏通机构、弯曲机构和移动机构，弯曲机构的前后两端分别连接一个移动机构；弯曲机构包括一对机架主板和至少一条万向节链，即其主要通过万向节链实现在管道中的转向；

但这种弯曲机构主要是被动弯曲转向，无法主动弯曲以适用管道变形、对接等情况，如图11所示，以管道对接成角度为例，当对接管道的轴线夹角较小时，弯曲机构在爬行机构的牵引下很容易与对接的内壁接触造成损伤、或者弯曲受力方向不准确造成爬行机构在管道弯曲位置处卡住，无法适用于多角度弯曲的管道。

发明内容

本发明目的在于提供一种多角度弯曲的管道机器人，能够主动弯曲调整以适用管道变形、对接等弯曲情况，避免在管道内损伤、或者弯曲受力方向不准确造成卡住的情况，适用范围更广。

为实现上述目的，本一种多角度弯曲的管道机器人，包括第一支撑组件、第二支撑组件、以及活动连接在第一支撑组件与第二支撑组件之间的弯曲装置；

驱动移动的第一支撑组件与第二支撑组件内均设有对张开角度管道内壁支撑的支臂组件；

所述弯曲装置包括各方向弯曲的骨架组件、以及连接在骨架组件内并成角度弯曲调整的弯曲组件。

进一步的，所述骨架组件包括多个并排设置的骨架主体、设置在每个相邻骨架主体之间的连接组件；

连接组件包括至少一组并排设置的支撑环；相邻支撑环之间、支撑环与邻近骨架主体之间均圆周均匀布置有至少两个连接杆；

每个连接杆成V型结构并且中部相互转动、两端对应转动安装在支撑环或者骨架主体上。

进一步的，所述弯曲组件包括多组相应设置在相邻骨架主体之间的弯曲模块；

每组弯曲模块包括固定在其一骨架主体上的套筒、封闭设置在套筒同侧骨架主体内的第一电机、以及固定位于另一骨架主体上的支撑球杆；

支撑球杆一端的球体铰接活动位于套筒内、并通过端盖压紧限位；

第一电机的输出端与调节杆连接，调节杆与轴向滑动设置在套筒内的压紧块螺纹连接，压紧块与支撑球杆球体之间设有第一弹簧；

控制器与多个第一电机连接并分别进行控制。

进一步的，所述弯曲组件包括多组周向均匀布置在骨架组件上的弯曲模块；

每组弯曲模块包括连接在相邻支撑环之间、支撑环与邻近骨架主体之间的气囊；同一弯曲模块中的气囊通过主气管与气源组件连接，主气管上设有分流阀；

控制器控制分流阀的流通量、以及气源组件的开闭。

进一步的，所述弯曲组件包括多组相应设置在相邻骨架主体之间的弯曲模块；

每个弯曲模块包括与相邻骨架主体相对应的一对圆盘、以及连接在一对圆盘之间的万向节；

第二支撑组件的上设有多个圆周均匀布置、并对相应转向绳收放的第二舵机，转向绳的另一端依次穿过多个圆盘与第一支撑组件连接；

控制器与多个第二舵机连接并进行分别控制。

进一步的，所述第二支撑组件转动安装在弯曲装置一端，第一支撑组件滑动并定位在弯曲装置上；

所述弯曲组件靠近第一支撑组件的一端处设有用于检测管道内壁状况的探测组件；

探测组件与控制器电连接。

进一步的，所述探测组件包括视觉传感器、距离传感器、以及定位传感器；

探测组件所在的弯曲装置一端中至少包含一对骨架主体，并且相应的弯曲模块相对于其他位置的弯曲模块独立受控制器控制。

进一步的，所述第一支撑组件包括同轴布置的支撑外筒、支撑内筒、以及设置在支撑外筒与支撑内筒之间的多个周向布置第一舵机；

支撑内筒滑动套装在弯曲装置外侧，支撑外筒与第二支撑组件之间设有多个周向布置的第二弹簧；

每个第一舵机与驱动绳连接并进行收放，驱动绳的另一端连接在远离第二支撑组件的弯曲装置一端。

进一步的，每个骨架主体周侧设有环形槽，第一支撑组件包括同轴布置的支撑外筒、支撑内筒、以及设置在支撑内筒上的限位组件；

支撑内筒滑动套装在弯曲装置外侧、内部设有至少一个周向布置的盲孔；

所述限位组件包括螺纹安装在支撑内筒内壁的调节筒、以及多个相应径向滑动设置在盲孔内并且孔口限位的限位块；

每个盲孔内设有对限位块进行压缩的第三弹簧，限位块靠近支撑内筒轴线处的一端与环形槽相匹配，并且调节筒轴向移动时对限位块挤压至盲孔内。

进一步的，所述支臂组件为3组，并相邻成120°圆周布置；

第一支撑组件、第二支撑组件上的支臂组件展开的角度方向成相对向内布置；

每组支臂组件包括第二电机、滑块、支撑杆以及支撑臂；第二电机输出端与螺旋杆固定连接，滑块周向限位并螺纹连接在螺旋杆上；

支撑杆一端转动安装在滑块上、另一端与支撑臂中部转动连接，支撑臂另一端转动安装在第一支撑组件上或者第二支撑组件上。

与现有技术相比，本一种多角度弯曲的管道机器人具有以下优点：

(1)本发明由于弯曲装置包括各方向弯曲的骨架组件、以及连接在骨架组件内并成角度弯曲调整的弯曲组件，因此通过弯曲组件与骨架组件相匹配，使得弯曲装置整体根据管道情况进行主动弯曲调整，避免弯曲装置与相连接管道的连接处接触、或者弯曲装置无法与管道弯曲相匹配，而无法主动调整而造成卡住或者损伤的问题；

(2)本发明由于骨架组件包括多个并排设置的骨架主体、以及包括支撑环、连接杆的连接组件，相邻一对骨架主体与相应的连接组件形成之间形成一个可弯曲的“关节”结构，在弯曲组件作用下，相邻骨架主体的轴线成夹角变化，通过多组V型结构的一对连接杆进行调整，实现关节结构任意角度的弯曲；

(3)本发明由于弯曲组件包括多组相应设置在相邻骨架主体之间的弯曲模块、并且弯曲模块包括套筒、第一电机、以及支撑球杆，通过调节杆带动压紧块在套筒内移动，使其对第一弹簧进行压缩，增大支撑球杆球头与端盖36之间的摩擦，使得支撑球杆旋转受阻，实现相邻骨架主体之间的角度定位，能够对各个相邻骨架主体之间构成的关节结构进行角度单独调整，能够主动弯曲以避免卡住、机械损伤的情况；

(4)本发明由于弯曲组件包括多组周向均匀布置在骨架组件上的弯曲模块、并且每组弯曲模块包括连接在相邻支撑环之间、支撑环与邻近骨架主体之间的气囊，气源组件启动、并调整各个主气管上的分流阀，与主气管连接的气囊相应胀开，调整同侧相邻支撑环之间、支撑环与邻近骨架主体之间的距离，实现同侧相邻骨架主体之间关节结构的角度调整、定位，使得弯曲装置整体从某侧进行角度调整，以保障弯曲装置整体角度主动弯曲，避免出现卡住或者损坏的现象；

(5)本发明由于在独立角度调整的弯曲装置一端设有探测组件，探测组件用于检测管道内壁状况，在不受弯曲装置其他部位弯曲变化调整的情况下，探测组件所在的弯曲装置端头可独立角度调整，提高探测组件探测的灵活性、方便控制器对第一电机、或者气源组件、气流阀、或者本管道机器人整体移动的控制；

(6)本发明由于第二支撑组件转动安装在弯曲装置端头处，第一支撑组件滑动定位在弯曲装置上，根据管道内壁情况选择调整第一支撑组件、第二支撑组件之间的距离，当管道弯曲角度过大时，增大第一支撑组件、第二支撑组件的距离，弯曲装置相对增长使其更好的与管道弯曲相匹配，用于缓冲管道弯曲造成的阻碍，当管道弯曲角度较小时，减小第一支撑组件、第二支撑组件的距离，其之间的弯曲装置相对减小，不仅提高通过弯曲管道的效率，而且避免第一支撑组件、第二支撑组件距离过远造成弯曲装置的拖拉、而增大与管道之间的摩擦接触，适用范围更广。

附图说明

图1是本发明的整体示意图；

图2是本发明中的弯曲组件第一种实施例局部主视图；

图3是本发明中的弯曲组件第二种实施例局部示意图；

图4是本发明中的弯曲组件第二种实施例局部主视图；

图5是本发明中的弯曲组件第三种实施例示意图；

图6是本发明中的第一支撑组件滑动设置的一种实施例示意图；

图7是本发明中的探测组件安装主视图；

图8是本发明中的第一支撑组件滑动设置的第二种实施例示意图；

图9是图8中限位组件局部放大图；

图10是本发明中的支臂组件主视图；

图11是传统管道机器人在管道中卡住时示意图；

图中：1、第一支撑组件，11、支撑外筒，12、支撑内筒，121、盲孔，13、支臂组件，131、第二电机，132、螺旋杆，133、导向杆，134、滑块，135、支撑杆，136、支撑臂；

2、第二支撑组件，3、弯曲组件，31、支撑球杆，32、第一电机，33、第一弹簧，34、压紧块，35、套筒，36、端盖，37、调节杆；

4、骨架组件，41、骨架主体，411、环形槽，42、连接杆，43、支撑环，44、耳座，5、探测组件，51、视觉传感器，52、距离传感器，61、第一舵机，62、驱动绳，63、固定环，64、第二弹簧；

7、气囊，71、主气管，72、支气管，8、限位组件，81、第三弹簧，82、限位块，83、调节筒；91、圆盘，92、万向节，93、转向绳，94、通孔，95、弧形槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3所示，本一种多角度弯曲的管道机器人，包括第一支撑组件1、第二支撑组件2、以及活动连接在第一支撑组件1与第二支撑组件2之间的弯曲装置；

驱动移动的第一支撑组件1与第二支撑组件2内均设有对张开角度管道内壁支撑的支臂组件13；

所述弯曲装置可为蛇型、链型结构，包括各方向弯曲的骨架组件4、以及连接在骨架组件4内并成角度弯曲调整的弯曲组件3；

具体的为，第一支撑组件1可自行进行驱动移动，移动方式可采用履带、或者支撑滚轮，比如在支臂组件13上设有履带或者支撑滚轮，第一支撑组件1上的驱动电机带动履带或者支撑滚轮转动，使得第一支撑组件1带动弯曲装置、第二支撑组件2在管道内壁移动；

骨架组件4可进行各个方向弯曲，其主要是弯曲装置的支撑、保护结构，其内的弯曲组件3可根据管道形状进行整体某个方向或者某个关节角度弯曲调整，避免传统弯曲机构采用被动式弯曲，弯曲机构无法适用于大角度弯曲管道，出现卡住、损伤弯曲机构的情况；

第二支撑组件2主要是对位置进行定位，当本管道机器人移动至工作位置时，第二支撑组件2上支臂组件13进行张开角度与管道内壁接触，实现对其位置定位，当然不排除第二支撑组件2也可自行进行驱动移动，用于本管道机器人的反向移动。

进一步的，骨架组件4包括多个并排设置的骨架主体41、设置在每个相邻骨架主体41之间的连接组件，连接组件为软性皮管，软性皮管可采用不锈钢材料的蛇皮管，具有一定韧性以保障成弯曲以及形成大致形状；

如图3所示，优选的，连接组件包括至少一组并排设置的支撑环43；

相邻支撑环43之间、支撑环43与邻近骨架主体41之间均圆周均匀布置有至少两个连接杆42；

每个连接杆42成V型结构并且中部相互转动、两端对应转动安装在支撑环43或者骨架主体41上；

具体的为，骨架主体41、支撑环43上可设有耳座44，连接杆42相应转动安装在支撑环43以及骨架主体41的耳座44上；

相邻骨架主体41之间与相应的连接组件形成一个可弯曲的“关节”结构，弯曲组件3动作时，带动骨架组件4中各个关节相应转动，即相邻骨架主体41的轴线成夹角变化，通过多组V型结构的连接杆42进行调整，在保障其支撑的情况下，实现关节结构任意角度的弯曲，连接组件中的支撑环43主要用于连接轴向相邻的连接杆42，起到良好支撑作用，其数量可根据实际确定，比如当需要弯曲柔韧性较大时，相应增大支撑环43的数量；

如图2所示，作为弯曲组件3的第一种实施例，所述弯曲组件3包括多组相应设置在相邻骨架主体41之间的弯曲模块；

每组弯曲模块包括固定在其一骨架主体41上的套筒35、封闭设置在套筒35同侧骨架主体41内的第一电机32、以及固定位于另一骨架主体41上的支撑球杆31；

支撑球杆31一端的球体铰接活动位于套筒35内、并通过端盖36压紧限位；

第一电机32的输出端与调节杆37连接，调节杆37与轴向滑动设置在套筒35内的压紧块34螺纹连接，压紧块34与支撑球杆31球体之间设有第一弹簧33；

另外控制器与多个第一电机32连接并分别进行控制。

具体的为，套筒35通过端盖36进行封闭，支撑球杆31的球体位于套筒35内，并在第一弹簧33压紧作用下与端盖36接触，形成球铰接的连接方式，保障支撑球杆31绕设球头一端旋转一定角度；

第一电机32启动，通过调节杆37带动压紧块34在套筒35内移动，使其对第一弹簧33进行压缩，第一弹簧33将弹力作用在支撑球杆31球头上，增大球头与端盖36之间的摩擦，即支撑球杆31旋转受阻，实现相邻骨架主体41之间的角度定位；另外可在第一弹簧33与球头之间设有与球头相匹配的摩擦块，摩擦块也可增大与球头之间的摩擦；

初始状态时，控制器可控制第一电机32，控制器主要是整体的控制单元，可采用微型计算机、工业PLC，其中含有不同的控制模块，比如控制弯曲装置主动弯曲、控制机器人移动模块等，并匹配相应算法，以保障整体正常使用；每个第一电机32启动，通过压紧第一弹簧33使得支撑球杆31角度调整，实现相邻骨架主体41之间“关节”角度的定位，弯曲组件3成角度并与骨架组件4相匹配，使得弯曲装置整体初始时成“一字型”或者某个曲线/弧形角度布置；当然对于直线管道或者弯曲不大的管道，本管道机器人中的弯曲装置可处于非阻力的自由弯曲状态；

当第一支撑组件1带动第二支撑组件2在管道内移动至特殊位置时，弯曲装置因管道弯曲而受力，控制器控制其中数个第一电机32反向转动，减小相应第一弹簧33在支撑球杆31上的弹力，支撑球杆31的球头受摩擦减小而主动进行角度调整，以满足管道大角度等弯曲情况，并且弯曲装置中部分“关节”仍可保留初始状态，因此实现弯曲装置的成角度弯曲调整，适用于不同弯曲程度的管道，避免出现卡住或者损坏的现象；

从弯曲装置整体来看，此方式通过各个相邻骨架主体41之间角度单独调整，以保障弯曲装置角度弯曲，从而适用于不同弯曲程度的管道。

如图3、图4所示，作为弯曲组件3的第二种实施例，所述弯曲组件3包括多组周向均匀布置在骨架组件4上的弯曲模块；

每组弯曲模块包括连接在相邻支撑环43之间、支撑环43与邻近骨架主体41之间的气囊7；同一弯曲模块中的气囊7通过主气管71与气源组件连接，主气管71上设有分流阀；

另外控制器控制分流阀的流通量、以及气源组件的开闭，实现对主气管71内通气量的控制；

具体的为，每组弯曲模块中气囊7的数量可根据实际使用确定，相邻骨架主体41之间的气囊7至少为一个；每个气囊7通过支气管72集中与主气管71连通，气源组件可设置在第二支撑组件2上；

初始状态时，控制器控制气源组件启动、并调整各个主气管71上的分流阀保障相应通气量，与主气管71连接的气囊7相应胀开，调整同侧相邻支撑环43之间、支撑环43与邻近骨架主体41之间的距离，实现同侧相邻骨架主体41之间“关节”角度调整，当各个气囊7中充满气体后，弯曲组件3成角度并与骨架组件4相匹配，使得弯曲装置整体初始时成“一字型”或者某个曲线/弧形角度布置；当然对于直线管道或者弯曲不大的管道，本管道机器人中的弯曲装置可处于气囊非充气的自由弯曲状态；

当第一支撑组件1带动第二支撑组件2在管道内移动至特殊位置时，可通过控制器控制其中主气管71的通气量，气囊7内气量的增减有效实现同侧相邻支撑环43之间、支撑环43与邻近骨架主体41之间的距离调整，从而保障弯曲装置某一侧角度调整定位，以满足管道大角度等弯曲情况，并且弯曲装置的其他周侧仍可保留初始状态，因此实现弯曲装置的成角度弯曲调整，适用于不同弯曲程度的管道，避免出现卡住或者损坏的现象；

由于弯曲组件3包括多组周向均匀布置在骨架组件4上的弯曲模块，因此从弯曲装置整体来看，此方式通过气流阀控制气体进入相应主气管71、以及各个气囊7的进气量，使得弯曲装置整体从某侧进行角度调整，以保障弯曲装置整体角度弯曲，从而适用于不同弯曲程度的管道。

如图5所示，作为弯曲组件3的第三种实施例，所述弯曲组件3包括多组相应设置在相邻骨架主体41之间的弯曲模块；

每个弯曲模块包括与相邻骨架主体41相对应的一对圆盘91、以及连接在一对圆盘91之间的万向节92；

第二支撑组件2的上设有多个圆周均匀布置、并对相应转向绳93收放的第二舵机，转向绳93的另一端依次穿过多个圆盘91与第一支撑组件1连接；

控制器可与多个第二舵机连接，进行分别控制；具体的为，可在圆盘91上设有供电源线通过的弧形槽95，以及供转向绳93穿过摩擦转向的通孔94；本弯曲组件3通过多个万向节92实现各个角度转动，当第二舵机启动，带动转向绳93进行卷收(收放)，转向绳93的长度的变化使万向节92相应转动调整，即相邻圆盘91进行角度弯曲，实现弯曲装置整体弯曲调整。

如图6所示，示例性的，所述第二支撑组件2转动安装在弯曲装置一端，第一支撑组件1滑动并定位在弯曲装置上；

所述弯曲组件3靠近第一支撑组件1的一端处设有用于检测管道内壁状况的探测组件5；

探测组件5与控制器电连接；

如图7所示，具体的为，所述探测组件5包括视觉传感器51、距离传感器52、以及定位传感器，

探测组件5所在的弯曲装置一端中至少包含一对骨架主体41，并且相应的弯曲模块相对于其他位置的弯曲模块独立受控制器控制；

具体的为，探测组件5是各种传感器的集成，可包括用于观察管道内部情况的视觉传感器51，比如采用摄像头结构，用于检测弯曲装置距离管道内壁距离的距离传感器52，比如采用红外线测距，以及用于识别本管道机器人位置的定位传感器，比如GPS定位模块；

探测组件5与控制器电连接，通过控制器可进行相应传感器的信号分析，比如接收视觉传感器51、距离传感器52的信号后，可分析管道内部情况，判断前方是否有障碍物、判断弯曲装置到管道内壁的距离从而避免直接接触、判断管道内壁弯曲情况、或者根据探测结果大致形成管道内部的图形结构，方便控制器调整弯曲装置、以使用不同弯曲结构的管道；

探测组件5所在弯曲装置的一端处可独立进行角度调整控制，即探测组件5所在的弯曲装置一端是弯曲装置整体的一小部分，其相应采用的弯曲模块，比如采用本实施例中的气囊7结构，独立与控制器连接实现单独控制，这样的优势是在不受弯曲装置其他部位弯曲变化调整的情况下，探测组件5所在的弯曲装置端头可独立角度调整，提高探测组件5探测的灵活性、方便控制器对第一电机32、或者气源组件、气流阀、或者本管道机器人整体移动的控制。优选的，视觉传感器51位于端头处的骨架主体41上，距离传感器52、定位传感器位于靠近视觉传感器51；

如图6、图10所示，进一步的，第二支撑组件2可通过铰接方式转动安装在弯曲装置端头处的骨架主体41上，第一支撑组件1滑动定位在弯曲装置上的一个实施例为：

第一支撑组件1包括同轴布置的支撑外筒11、支撑内筒12、以及设置在支撑外筒11与支撑内筒12之间的多个周向布置第一舵机61；

支撑内筒12滑动套装在弯曲装置外侧，支撑外筒11与第二支撑组件2之间设有多个周向布置的第二弹簧64；

每个第一舵机61与驱动绳62连接并进行收放，驱动绳62的另一端连接在远离第二支撑组件2的弯曲装置一端；

具体的为，初始状态时，第一支撑组件1与第二支撑组件2之间通过多个第二弹簧64进行连接，第一支撑组件1上的第一舵机61通过驱动绳62与弯曲装置一端连接，即驱动绳62处于绷紧状态，保障第一支撑组件1与第二支撑组件2之间相对位置，优选的，可在弯曲装置一端中骨架主体41上设有固定环63，驱动绳62的一端连接在固定环63上；

当调整第一支撑组件1与第二支撑组件2之间距离时，第一舵机61启动，带动驱动绳62进行收放，比如驱动绳62卷收时，第一支撑组件1在驱动绳62的拉力下朝远离第二支撑组件2的方向移动，即增大第一支撑组件1与第二支撑组件2之间的距离，当驱动绳62放置时，在第二弹簧64的作用下，第一支撑组件1靠近第二支撑组件2，减小其之间的距离，因此第一支撑组件1通过第一舵机61、第二弹簧64能够在弯曲装置上滑动定位，调整其与第二支撑组件2之间的距离；

本一种多角度弯曲的管道机器人在使用时，第二支撑组件2主要是支撑限位作用，第一支撑组件1为支撑、移动作用；当本管道机器人在管道中位置定位时，第一支撑组件1、第二支撑组件2中的支臂组件13角度张开对管道内壁进行支撑，此时，第一支撑组件1或第二支撑组件2上可设有其他功用的模块，比如检测管道内壁的探伤模块、清理管内壁锈迹或污垢的清理模块；

作为一种移动的实施例，当本管道机器人向前移动时，第一支撑组件1上的第一舵机61启动，在驱动绳62、第二弹簧64作用下，第一支撑组件1滑动设置在弯曲装置上，有效增减第一支撑组件1与第二支撑组件2之间的距离，比如第一支撑组件1上的支臂组件13取消支撑、第二支撑组件2上的支臂组件13张开对管道内壁支撑，第一舵机61进行启动，卷收驱动绳62并拉长第二弹簧64，第一支撑组件1与第二支撑组件2之间的距离增大，即第一支撑组件1向前爬行，当位置合适时，第一支撑组件1上的支臂组件13张开对管道内壁支撑、第二支撑组件2上的支臂组件13取消对管道内壁支撑，第一舵机61停止启动，在第二弹簧64作用下，第二支撑组件2与弯曲组件3相对第一支撑组件1移动，第一支撑组件1与第二支撑组件2之间的距离减小，即第二支撑组件2跟随向前爬行，当合适位置时，第二支撑组件2上的支臂组件13张开对管道内壁支撑、第一支撑组件1上的支臂组件13取消支撑，然后第一舵机61再进行启动，依次循环；

这种移动方式主要是蠕行，适用于更精密管道中；

作为一种移动的实施例，第一支撑组件1、第二支撑组件2可自行进行驱动移动，即在第一支撑组件1、第二支撑组件2上设有移动组件，移动组件位于支臂组件13上，当支臂组件13张开角度后，移动组件中的履带、或者支撑滚轮与管道内壁接触进行主动驱动移动。

如图8、图9所示，第一支撑组件1滑动定位在弯曲装置上的第二种实施例为：

每个骨架主体41周侧设有环形槽411，第一支撑组件1包括同轴布置的支撑外筒11、支撑内筒12、以及设置在支撑内筒12上的限位组件8；

支撑内筒12滑动套装在弯曲装置外侧、内部设有至少一个周向布置的盲孔121；

所述限位组件8包括螺纹安装在支撑内筒12内壁的调节筒83、以及多个相应径向滑动设置在盲孔121内并且孔口限位的限位块82；

每个盲孔121内设有第三弹簧81，第三弹簧81位于盲孔121内对限位块82进行压缩；

限位块82靠近支撑内筒12轴线处的一端与环形槽411相匹配，并且调节筒83轴向移动时对限位块82挤压至盲孔121内；

具体的为，限位组件8可为一对，并轴向对称设置，相邻限位组件8的距离与n个骨架主体41中最外侧之间的距离保持一致，比如n为3时，相邻限位组件8的距离与两个骨架主体41间距一致，当n为4时，相邻限位组件8的距离与4个骨架主体41中最外侧的骨架主体41距离一致，其主要保障骨架主体41上的环形槽411能够与限位组件8中的限位块82相匹配、并对支撑内筒12内的骨架组件4进行定位；

在使用本管道机器人前，可根据管道情况调整第一支撑组件1、第二支撑组件2之间的距离，初始状态时，调节筒83螺纹至支撑内筒12深处，并对限位块82压紧使其对第三弹簧81压缩至盲孔121内，此时支撑内筒12滑动套装在弯曲装置外侧，调整其与第二支撑组件2合适距离，并保障骨架主体41与相应盲孔121处的位置一致，转动调节筒83使其轴向向外移动，限位块82脱离调节筒83限位后在第三弹簧81作用下伸出、并嵌入至环形槽411内，实现第一支撑组件1与相应骨架主体41之间的定位；

当进行调整时，转动调节筒83使其轴向向内移动，调节筒83对限位块82一端进行压缩使其脱离环形槽411并进入至盲孔121内，解除第一支撑组件1与骨架主体41之间的定位，实现第一支撑组件1与相应骨架主体41之间位置调整；

比如环形槽411的截面为三角形结构，限位块82一端为三角形结构，并在第三弹簧81作用下伸出，调节筒83螺纹进行轴向移动时，调节筒83的一端可设有与限位块82三角形结构相匹配的缺口，方便调节筒83能够顺利对限位块82进行压缩；

根据管道内壁情况选择调整第一支撑组件1、第二支撑组件2之间的距离，即当管道整体弯曲角度过大时，比如第一管道与第二管道对接形成一个整体弯曲结构的管道，其轴线之间夹角为45°，增大第一支撑组件1、第二支撑组件2的距离，其之间的弯曲装置相对增长，使其更好的与管道弯曲相匹配，用于缓冲管道弯曲造成的阻碍，避免第一支撑组件1、第二支撑组件2距离过近造成无法适应过大弯曲的管道；

当管道整体弯曲角度较小时，比如第一管道与第二管道连接轴线之间夹角为120°，可减小第一支撑组件1、第二支撑组件2的距离，其之间的弯曲装置相对减小，使其更好的与管道弯曲相匹配，不仅提高通过弯曲管道的效率，而且避免第一支撑组件1、第二支撑组件2距离过远造成弯曲装置的拖拉、而增大与管道之间的摩擦接触。

如图10所示，示例性的，所述支臂组件13为3组，并相邻成120°圆周布置；

第一支撑组件1、第二支撑组件2上的支臂组件13展开的角度方向成相对向内布置；

通过3组支臂组件13圆周均匀布置使得支臂组件13展开对管道内壁受力均匀，保障第一支撑组件1、第二支撑组件2尽可能与管道轴向一致；另外由于第一支撑组件1、第二支撑组件2上的支臂组件13展开的角度方向成相对向内布置，当相应支臂组件13展开时，其沿着轴向方向的分力将相互抵消，使得支撑更加牢固，避免摩擦较小情况下，支臂组件13展开时发生侧移；

进一步的，所述支臂组件13包括第二电机131、滑块134、支撑杆135以及支撑臂136；

第二电机131输出端与螺旋杆132固定连接，滑块134周向限位并螺纹连接在螺旋杆132上；

支撑杆135一端转动安装在滑块134上、另一端与支撑臂136中部转动连接，支撑臂136另一端转动安装在第一支撑组件1上或者第二支撑组件2上；

具体的为：第二电机131启动，带动螺旋杆132转动，螺纹安装在螺旋杆132上的滑块134在轴向上滑动，使得支撑杆135对支撑臂136进行张开或者收缩，相应实现对管壁的支撑与解除；

第一支撑组件1和第二支撑组件2可由同轴布置的支撑外筒11、支撑内筒12组成，支臂组件13位于支撑外筒11、支撑内筒12之间；为使得滑块134顺利进行滑动，滑块134可采用导轨结构或者在支撑外筒11内部设有轴向布置的导向杆133，滑块134上的贯穿孔穿过导向杆133进行滑动限位，保障顺利轴向滑动；

另外，每个支撑臂136靠近管道内壁的一端可设有压力传感器，压力传感器与控制器连接，控制器控制第二电机131的动作，此动作包括正转、反转、停止；当支撑臂136张开与管道内壁接触时，压力传感器感应接触压力，当压力不在某个范围区间时，表示支撑臂136对管道内壁的支撑力过小或者过大，此时控制器接收到相应的信号，控制相应的第二电机131动作，通过调整使得支撑臂136对管道内壁合理受力，因此第一支撑组件1和第二支撑组件2上的支臂组件13与张开角度取决于与管道接触的压力，满足对不同管道内壁的支撑，适用范围更广。

本一种多角度弯曲的管道机器人使用时，第一支撑组件1与第二支撑组件2保持一定距离，即通过弯曲装置连接，第一支撑组件1驱动移动，并通过弯曲装置牵引第二支撑组件2跟随移动，当本管道机器人在管道中位置定位时，第一支撑组件1、第二支撑组件2中的支臂组件13角度张开对管道内壁进行支撑，通过第一支撑组件1或者第二支撑组件2上的功用模块对管道进行探伤、清污等工作；当工作完成后，第二支撑组件2上的支臂组件13闭合，第一支撑组件1继续驱动移动，利用弯曲装置顺利通过不同弯曲程度的管道；

弯曲装置包括各方向弯曲的骨架组件4、以及连接在骨架组件4内并成角度弯曲调整的弯曲组件3，因此通过弯曲组件3与骨架组件4相匹配，有效使得弯曲装置整体根据管道情况进行主动弯曲调整，避免弯曲装置与相连接管道的连接处接触、或者弯曲装置无法与管道弯曲相匹配，而无法主动调整而造成卡住或者损伤的问题；

具体的为，优选的，骨架组件4包括多个并排设置的骨架主体41、以及包括有支撑环43、连接杆42的连接组件，相邻一对骨架主体41与相应的连接组件形成之间形成一个可弯曲的“关节”结构，在弯曲组件3作用下，相邻骨架主体41的轴线成夹角变化，通过多组V型结构的一对连接杆42进行调整，实现关节结构任意角度的弯曲；

当弯曲组件3包括多组相应设置在相邻骨架主体41之间的弯曲模块、并且弯曲模块包括套筒35、第一电机32、以及支撑球杆31时，第一电机32启动，通过调节杆37带动压紧块34在套筒35内移动，使其对第一弹簧33进行压缩，第一弹簧33将弹力作用在支撑球杆31球头上，增大球头与端盖36之间的摩擦，支撑球杆31旋转受阻，实现相邻骨架主体41之间的角度定位，因此这种弯曲模块能够对各个相邻骨架主体41之间构成的关节结构进行角度单独调整，根据管道内壁变形、对接等弯曲程度进行主动弯曲，避免出现卡住或者损坏的现象；

当弯曲组件3包括多组周向均匀布置在骨架组件4上的弯曲模块、并且每组弯曲模块包括连接在相邻支撑环43之间、支撑环43与邻近骨架主体41之间的气囊7时，控制器控制气源组件启动、并调整各个主气管71上的分流阀保障相应通气量，与主气管71连接的气囊7相应胀开，调整同侧相邻支撑环43之间、支撑环43与邻近骨架主体41之间的距离，实现同侧相邻骨架主体41之间关节结构的角度调整、定位，因此这种弯曲模块在主气管71通气作用下，使得弯曲装置整体从某侧进行角度调整，以保障弯曲装置整体角度主动弯曲，从而适用于不同弯曲程度的管道，避免出现卡住或者损坏的现象；

另外可在独立角度调整的弯曲装置一端设有探测组件5，探测组件5用于检测管道内壁状况，在不受弯曲装置其他部位弯曲变化调整的情况下，探测组件5所在的弯曲装置端头可独立角度调整，提高探测组件5探测的灵活性、方便控制器对第一电机32、或者气源组件、气流阀、或者本管道机器人整体移动的控制；

由于第二支撑组件2通过铰接方式转动安装在弯曲装置端头处的骨架主体41上，第一支撑组件1滑动定位在弯曲装置上，根据管道内壁情况选择调整第一支撑组件1、第二支撑组件2之间的距离，当管道弯曲角度过大时，增大第一支撑组件1、第二支撑组件2的距离，其之间的弯曲装置相对增长，使其更好的与管道弯曲相匹配，用于缓冲管道弯曲造成的阻碍，避免第一支撑组件1、第二支撑组件2距离过近造成无法适应过大弯曲的管道，当管道弯曲角度较小时，减小第一支撑组件1、第二支撑组件2的距离，其之间的弯曲装置相对减小，不仅提高通过弯曲管道的效率，而且避免第一支撑组件1、第二支撑组件2距离过远造成弯曲装置的拖拉、而增大与管道之间的摩擦接触。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。

Claims (10)

1.一种多角度弯曲的管道机器人，包括第一支撑组件(1)、第二支撑组件(2)、以及活动连接在第一支撑组件(1)与第二支撑组件(2)之间的弯曲装置；其特征在于，

驱动移动的第一支撑组件(1)与第二支撑组件(2)内均设有对张开角度管道内壁支撑的支臂组件(13)；

所述弯曲装置包括各方向弯曲的骨架组件(4)、以及连接在骨架组件(4)内并成角度弯曲调整的弯曲组件(3)。

2.根据权利要求1所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，所述骨架组件(4)包括多个并排设置的骨架主体(41)、设置在每个相邻骨架主体(41)之间的连接组件；

连接组件包括至少一组并排设置的支撑环(43)；相邻支撑环(43)之间、支撑环(43)与邻近骨架主体(41)之间均圆周均匀布置有至少两个连接杆(42)；

每个连接杆(42)成V型结构并且中部相互转动、两端对应转动安装在支撑环(43)或者骨架主体(41)上。

3.根据权利要求2所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，所述弯曲组件(3)包括多组相应设置在相邻骨架主体(41)之间的弯曲模块；

每组弯曲模块包括固定在其一骨架主体(41)上的套筒(35)、封闭设置在套筒(35)同侧骨架主体(41)内的第一电机(32)、以及固定位于另一骨架主体(41)上的支撑球杆(31)；

支撑球杆(31)一端的球体铰接活动位于套筒(35)内、并通过端盖(36)压紧限位；

第一电机(32)的输出端与调节杆(37)连接，调节杆(37)与轴向滑动设置在套筒(35)内的压紧块(34)螺纹连接，压紧块(34)与支撑球杆(31)球体之间设有第一弹簧(33)；

控制器与多个第一电机(32)连接并分别进行控制。

4.根据权利要求2所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，所述弯曲组件(3)包括多组周向均匀布置在骨架组件(4)上的弯曲模块；

每组弯曲模块包括连接在相邻支撑环(43)之间、支撑环(43)与邻近骨架主体(41)之间的气囊(7)；同一弯曲模块中的气囊(7)通过主气管(71)与气源组件连接，主气管(71)上设有分流阀；

控制器控制分流阀的流通量、以及气源组件的开闭。

5.根据权利要求2所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，所述弯曲组件(3)包括多组相应设置在相邻骨架主体(41)之间的弯曲模块；

每个弯曲模块包括与相邻骨架主体(41)相对应的一对圆盘(91)、以及连接在一对圆盘(91)之间的万向节(92)；

第二支撑组件(2)的上设有多个圆周均匀布置、并对相应转向绳(93)收放的第二舵机，转向绳(93)的另一端依次穿过多个圆盘(91)与第一支撑组件(1)连接；

控制器与多个第二舵机连接并进行分别控制。

6.根据权利要求3或4所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，所述第二支撑组件(2)转动安装在弯曲装置一端，第一支撑组件(1)滑动并定位在弯曲装置上；

所述弯曲组件(3)靠近第一支撑组件(1)的一端处设有用于检测管道内壁状况的探测组件(5)；

探测组件(5)与控制器电连接。

7.根据权利要求6所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，所述探测组件(5)包括视觉传感器(51)、距离传感器(52)、以及定位传感器；

探测组件(5)所在的弯曲装置一端中至少包含一对骨架主体(41)，并且相应的弯曲模块相对于其他位置的弯曲模块独立受控制器控制。

8.根据权利要求7所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，所述第一支撑组件(1)包括同轴布置的支撑外筒(11)、支撑内筒(12)、以及设置在支撑外筒(11)与支撑内筒(12)之间的多个周向布置第一舵机(61)；

支撑内筒(12)滑动套装在弯曲装置外侧，支撑外筒(11)与第二支撑组件(2)之间设有多个周向布置的第二弹簧(64)；

每个第一舵机(61)与驱动绳(62)连接并进行收放，驱动绳(62)的另一端连接在远离第二支撑组件(2)的弯曲装置一端。

9.根据权利要求7所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，每个骨架主体(41)周侧设有环形槽(411)，第一支撑组件(1)包括同轴布置的支撑外筒(11)、支撑内筒(12)、以及设置在支撑内筒(12)上的限位组件(8)；

支撑内筒(12)滑动套装在弯曲装置外侧、内部设有至少一个周向布置的盲孔(121)；

所述限位组件(8)包括螺纹安装在支撑内筒(12)内壁的调节筒(83)、以及多个相应径向滑动设置在盲孔(121)内并且孔口限位的限位块(82)；

每个盲孔(121)内设有对限位块(82)进行压缩的第三弹簧(81)，限位块(82)靠近支撑内筒(12)轴线处的一端与环形槽(411)相匹配，并且调节筒(83)轴向移动时对限位块(82)挤压至盲孔(121)内。

10.根据权利要求2至5任意一项所述的一种多角度弯曲的管道机器人，其特征在于，所述支臂组件(13)为3组，并相邻成120°圆周布置；

第一支撑组件(1)、第二支撑组件(2)上的支臂组件(13)展开的角度方向成相对向内布置；

每组支臂组件(13)包括第二电机(131)、滑块(134)、支撑杆(135)以及支撑臂(136)；第二电机(131)输出端与螺旋杆(132)固定连接，滑块(134)周向限位并螺纹连接在螺旋杆(132)上；

支撑杆(135)一端转动安装在滑块(134)上、另一端与支撑臂(136)中部转动连接，支撑臂(136)另一端转动安装在第一支撑组件(1)上或者第二支撑组件(2)上。

Images