CN115751002A - 可适应管道直径的管道探测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道探测机器人技术领域，具体为一种可适应管道直径的管道探测机器人，包括软管，所述软管的两端分别设置有控制件和蛙行机器人。该种可适应管道直径的管道探测机器人，通过控制蛙行机器人于管内节肢动物进行行走，相比于常见的轮式机器人，本设备在移动过程中无需与管壁保持线性接触，一方面降低了管壁侵蚀、附着物等对机器人移动进程的干扰，另一方面利用后爪与前爪的交替支卡，不会产生像行走轮旋转打滑的情况，具有更好的移动稳定性，由于前爪和后爪依靠前气膜、后气膜的鼓胀实现的支卡、移动，而前爪和后爪进行的由窄到宽的扩张过程可自动适配不同直径的管道，且上述适配过程中为自动进行，无需电器元件进行控制调节。

Description

可适应管道直径的管道探测机器人

技术领域

本发明涉及管道探测机器人技术领域，具体为一种可适应管道直径的管道探测机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、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。管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛的应用，为了提高管道寿命、防止泄露等事故的发生，必须对管道进行有效的检测维护。在人工检测方式存在诸多缺点的情况下，管道检测机器人作为一种有效的管道检测设备，得到了越来越多的应用；

传统的移动方式大多基于连续转动原理，其运动比较灵活而且运动效率比较高，但它的缺点是对复杂的路面条件适应能力差，后来出现了履带式运动，其对地面的适应能力有所提高，但其灵活性却显著降低。

鉴于此，我们提出一种可适应管道直径的管道探测机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可适应管道直径的管道探测机器人，以解决上述背景技术中提出连续转动原理运动对复杂的路面条件适应能力差，履带式运动灵活性却显著降低的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可适应管道直径的管道探测机器人，包括软管，所述软管的两端分别设置有控制件和蛙行机器人，且蛙行机器人的右端固定设置有探测传感器。

优选的，所述控制件包括固定安装在软管一端的操作柄，且操作柄的内部开设有与软管连通的气室，所述气室的固定安装有向软管内压吸气体的气囊，且气囊的顶部固定设置有活塞。

所述操作柄的表面开设有连通气室的滑槽，且滑槽中滑动连接有推钮，所述推钮与活塞固定连接。

所述气室内壁的右侧开设有凹槽，且凹槽中设置有可对活塞滑动进行限制的钢片，所述钢片的顶端沿凹槽进行固定。

所述操作柄右侧的底缘螺纹插接有旋柱，旋柱可抵推钢片进行弯曲。

优选的，所述蛙行机器人包括伸缩管，且伸缩管的两端均设置有硬环边，左侧所述硬环边通过法兰与软管的剩余一端固定连接。

所述伸缩管的管壁中夹设有弹簧，且弹簧的两端分别与同侧硬环边固定连接。

所述探测传感器固定安装在右侧硬环边上。

左侧所述硬环边的内部设置有后脚部，右侧所述硬环边的内部设置有前脚部。

优选的，所述后脚部包括固定安装在左侧所述硬环边内部的后环，所述后环内圈的左侧固定设置有后气膜，且后环内圈的右侧活动设置有若干个后活动瓣，若干个所述后活动瓣呈环形阵列并与后气膜固定连接。

所述后环和左侧硬环边上开设有与后活动瓣对应的后腔，且后腔的下部转动连接有后翘板，所述后翘板与对应的后活动瓣的外缘固定连接。

所述后腔的上部转动连接有后爪，且后爪的连接端固定连接有与后翘板相配合的后卡，所述后翘板可推动后卡及后爪进行外扩摆动。

优选的，所述前脚部包括固定安装在右侧所述硬环边内部的前环，所述前环内圈的左侧固定设置有前气膜，且前环内圈的右侧活动设置有若干个前活动瓣，若干个所述前活动瓣呈环形阵列并与前气膜固定连接。

所述前环和右侧硬环边上开设有与前活动瓣对应的前腔，且前腔的下部转动连接有前翘板，所述前翘板与对应的前活动瓣的外缘固定连接。

所述前腔的上部转动连接有前爪，且前爪的连接端固定连接有与前翘板相配合的前卡，所述前翘板可推动前卡及前爪进行内聚摆动。

优选的，所述后翘板和后爪的转动连接端上均套接有胶套，且胶套与后腔内壁贴合进行密封。

优选的，所述前翘板和前爪的转动连接端上均套接有胶套，且胶套与前腔内壁贴合进行密封。

优选的，所述前爪由硬臂和弹力臂组成，且硬臂连接在前腔内，弹力臂位于外侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明中，通过控制蛙行机器人于管内节肢动物进行行走，相比于常见的轮式机器人，本设备在移动过程中无需与管壁保持线性接触，一方面降低了管壁侵蚀、附着物等对机器人移动进程的干扰，另一方面利用后爪与前爪的交替支卡，不会产生像行走轮旋转打滑的情况，具有更好的移动稳定性。

本发明中，由于前爪和后爪依靠前气膜、后气膜的鼓胀实现的支卡、移动，而前爪和后爪进行的由窄到宽的扩张过程可自动适配不同直径的管道，且上述适配过程中为自动进行，无需电器元件进行控制调节。

本发明中，由于起到支撑限位、移动、探测的部件均位于伸缩管的两端，而本设备主要依靠伸缩管的伸缩配合实现行走，在遇到弯折管道的情况下，伸缩管可以轻松发生弯曲，并将前端递进，再将后端拉入，该柔性构造的蛙行机器人能够适用于连续弯折管路。

本发明中，蛙行机器人的移动主要依靠对气囊的往复挤压实现，其支撑、移动均不需要电器元件介入，一方面降低了整体设备成本及故障率，另一方面更加便于小型化以针对细小管路。

本发明中，针对蛙行机器人行进距离的需求，可通过内旋旋柱抵压钢片弯曲，以此利用钢片限制活塞的最大压缩距离，使得气囊的压入气量得到控制，进而限定蛙行机器人的单次行进距离。

本发明中，通过在伸缩管中设置弹簧，一方面可利用弹簧对单端固定的伸缩管进行支撑，另一方面可在伸缩管回缩时助力气压的回复。

附图说明

图1为本发明中的正视图；

图2为本发明中控制件的正剖视图；

图3为本发明中蛙行机器人的正剖视图；

图4为本发明中图3中A处的放大图；

图5为本发明中图3中B处的放大图；

图6为本发明中后气膜与后活动瓣的侧视图。

图中：1、软管；2、控制件；21、操作柄；22、气室；23、气囊；24、活塞；25、滑槽；26、推钮；27、钢片；28、旋柱；3、蛙行机器人；31、伸缩管；32、硬环边；33、弹簧；34、后脚部；341、后环；342、后气膜；343、后活动瓣；344、后腔；345、后翘板；346、后爪；347、后卡；35、前脚部；351、前环；352、前气膜；353、前活动瓣；354、前腔；355、前翘板；356、前爪；357、前卡；358、弹片；4、探测传感器。

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，本领域普通技术工作人员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。

请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种可适应管道直径的管道探测机器人，包括软管1，软管1的两端分别设置有控制件2和蛙行机器人3，且蛙行机器人3的右端固定设置有探测传感器4，该探测传感器4可选用无线传感器，如选用有线传感器，则数据线可利用扎带与软管1并接。

本实施例中，如图1、图2、图3、图4至图6所示，控制件2包括固定安装在软管1一端的操作柄21，且操作柄21的内部开设有与软管1连通的气室22，气室22的固定安装有向软管1内压吸气体的气囊23，且气囊23的顶部固定设置有活塞24；

操作柄21的表面开设有连通气室22的滑槽25，且滑槽25中滑动连接有推钮26，推钮26与活塞24固定连接，抓握控制柄利用推钮26推动活塞24下移，并压缩气囊23沿软管1注气；

气室22内壁的右侧开设有凹槽，且凹槽中设置有可对活塞24滑动进行限制的钢片27，钢片27的顶端沿凹槽进行固定；

操作柄21右侧的底缘螺纹插接有旋柱28，旋柱28可抵推钢片27进行弯曲，内旋旋柱28抵压钢片27弯曲，以此利用钢片27限制活塞24的最大压缩距离。

本实施例中，如图1、图2、图3、图4至图6所示，蛙行机器人3包括伸缩管31，且伸缩管31的两端均设置有硬环边32，左侧硬环边32通过法兰与软管1的剩余一端固定连接；

伸缩管31的管壁中夹设有弹簧33，且弹簧33的两端分别与同侧硬环边32固定连接；

探测传感器4固定安装在右侧硬环边32上；

左侧硬环边32的内部设置有后脚部34，右侧硬环边32的内部设置有前脚部35。

本实施例中，如图1、图2、图3、图4至图6所示，后脚部34包括固定安装在左侧硬环边32内部的后环341，后环341内圈的左侧固定设置有后气膜342，且后环341内圈的右侧活动设置有若干个后活动瓣343，若干个后活动瓣343呈环形阵列并与后气膜342固定连接，后活动瓣343之间间隙大，无法反向限制后气膜342鼓胀；

后环341和左侧硬环边32上开设有与后活动瓣343对应的后腔344，且后腔344的下部转动连接有后翘板345，后翘板345与对应的后活动瓣343的外缘固定连接，软管1自左侧硬环边32内增压，利用正气压鼓动前气膜352，使其推动前活动瓣353及后翘板345进行偏转；

后腔344的上部转动连接有后爪346，且后爪346的连接端固定连接有与后翘板345相配合的后卡347，后翘板345可推动后卡347及后爪346进行外扩摆动，后翘板345沿后卡347撬动后爪346偏转，此时后爪346沿左侧硬环边32进行外扩摆动，并支卡在管道内。

本实施例中，如图1、图2、图3、图4至图6所示，前脚部35包括固定安装在右侧硬环边32内部的前环351，前环351内圈的左侧固定设置有前气膜352，且前环351内圈的右侧活动设置有若干个前活动瓣353，若干个前活动瓣353呈环形阵列并与前气膜352固定连接，前活动瓣353之间间隙小，能够反向限制前气膜352鼓胀；

前环351和右侧硬环边32上开设有与前活动瓣353对应的前腔354，且前腔354的下部转动连接有前翘板355，前翘板355与对应的前活动瓣353的外缘固定连接，后气膜342向伸缩管31内鼓的过程中，其利用封闭的伸缩管31内气压同步鼓动前气膜352，使其推动前活动瓣353及前翘板355进行偏转；

前腔354的上部转动连接有前爪356，且前爪356的连接端固定连接有与前翘板355相配合的前卡357，前翘板355可推动前卡357及前爪356进行内聚摆动；

前腔354的内壁上固定连接有弹片358，且弹片358常态抵推前卡357和前爪356外扩摆动，前翘板355沿前卡357撬动前爪356偏转，此时前爪356沿右侧硬环边32压缩弹片358进行内聚摆动，使之脱离与管壁的接触。

本实施例中，如图1、图2、图3、图4至图6所示，后翘板345和后爪346的转动连接端上均套接有胶套，且胶套与后腔344内壁贴合进行密封，以此实现后腔344的常态密封，避免伸缩管31内气压沿后腔344向外部散逸。

本实施例中，如图1、图2、图3、图4至图6所示，前翘板355和前爪356的转动连接端上均套接有胶套，且胶套与前腔354内壁贴合进行密封，以此实现前腔354的常态密封，避免伸缩管31内气压沿前腔354向外部散逸。

本实施例中，如图1、图2、图3、图4至图6所示，前爪356由硬臂和弹力臂组成，且硬臂连接在前腔354内，弹力臂位于外侧，由于前爪356于硬臂和弹力臂的连接点形成反关节构造，使得蛙行机器人3沿管道被回拉时，前爪356能够回曲避免发生卡滞。

本发明的使用方法和优点：该种可适应管道直径的管道探测机器人在使用时，工作过程如下：

如图1、图2、图3、图4至图6所示：

S1、本设备主要针对细管径、多弯折的管道，使用时将该装置中的蛙行机器人3装入管道，操作者通过留在外部的控制件2沿软管1控制蛙行机器人3运行，并利用蛙行机器人3端部的探测传感器4进行管内探测；

S2、需要蛙行机器人3携带探测传感器4在管内移动时，抓握控制柄利用推钮26推动活塞24下移，并压缩气囊23沿软管1注气，此时软管1自左侧硬环边32内增压，利用正气压鼓动前气膜352，使其推动前活动瓣353及后翘板345进行偏转，以图4为例做逆时针偏转，后翘板345沿后卡347撬动后爪346偏转，此时后爪346沿左侧硬环边32进行外扩摆动，并支卡在管道内；

S3、在后气膜342向伸缩管31内鼓的过程中，其利用封闭的伸缩管31内气压同步鼓动前气膜352，使其推动前活动瓣353及前翘板355进行偏转，以图5为例做逆时针偏转，前翘板355沿前卡357撬动前爪356偏转，此时前爪356沿右侧硬环边32压缩弹片358进行内聚摆动，使之脱离与管壁的接触；

S4、随着鼓胀的前气膜352受到前活动瓣353限制，持续鼓胀的后气膜342增加伸缩管31内气压，使得伸缩管31拉伸弹簧33进行伸展，并以左侧硬环边32及后爪346为基点推动右侧硬环边32及前爪356于管内前移；

S5、反向推动气囊23回位将蛙行机器人3内气体抽回，此过程中前气膜352带动前翘板355回转，解除对前卡357及前爪356的抵压，弹片358反推前爪356外扩摆动，支卡在管道内，同时后气膜342带动后活动瓣343回转，解除对后卡347及后爪346的抵推，后爪346呈松弛状态，解除沿管壁的支卡，此时伸缩管31内弹簧33拉动其回缩，即以右侧硬环边32及前爪356为基点拉动左侧硬环边32及后爪346于管内前移；

S6、通过往复进行上述操作，可控制蛙行机器人3于管内节肢动物进行行走，相比于常见的轮式机器人，本设备在移动过程中无需与管壁保持线性接触，具有多步态运动能力，能够适应复杂多变环境，一方面降低了管壁侵蚀、附着物等对机器人移动进程的干扰，另一方面利用后爪346与前爪356的交替支卡，不会产生像行走轮旋转打滑的情况，具有更好的移动稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术工作人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种可适应管道直径的管道探测机器人，包括软管(1)，其特征在于：所述软管(1)的两端分别设置有控制件(2)和蛙行机器人(3)，且蛙行机器人(3)的右端固定设置有探测传感器(4)。

2.根据权利要求1所述的可适应管道直径的管道探测机器人，其特征在于：所述控制件(2)包括固定安装在软管(1)一端的操作柄(21)，且操作柄(21)的内部开设有与软管(1)连通的气室(22)，所述气室(22)的固定安装有向软管(1)内压吸气体的气囊(23)，且气囊(23)的顶部固定设置有活塞(24)；

所述操作柄(21)的表面开设有连通气室(22)的滑槽(25)，且滑槽(25)中滑动连接有推钮(26)，所述推钮(26)与活塞(24)固定连接；

所述气室(22)内壁的右侧开设有凹槽，且凹槽中设置有可对活塞(24)滑动进行限制的钢片(27)，所述钢片(27)的顶端沿凹槽进行固定；

所述操作柄(21)右侧的底缘螺纹插接有旋柱(28)，旋柱(28)可抵推钢片(27)进行弯曲。

3.根据权利要求1所述的可适应管道直径的管道探测机器人，其特征在于：所述蛙行机器人(3)包括伸缩管(31)，且伸缩管(31)的两端均设置有硬环边(32)，左侧所述硬环边(32)通过法兰与软管(1)的剩余一端固定连接；

所述伸缩管(31)的管壁中夹设有弹簧(33)，且弹簧(33)的两端分别与同侧硬环边(32)固定连接；

所述探测传感器(4)固定安装在右侧硬环边(32)上；

左侧所述硬环边(32)的内部设置有后脚部(34)，右侧所述硬环边(32)的内部设置有前脚部(35)。

4.根据权利要求3所述的可适应管道直径的管道探测机器人，其特征在于：所述后脚部(34)包括固定安装在左侧所述硬环边(32)内部的后环(341)，所述后环(341)内圈的左侧固定设置有后气膜(342)，且后环(341)内圈的右侧活动设置有若干个后活动瓣(343)，若干个所述后活动瓣(343)呈环形阵列并与后气膜(342)固定连接；

所述后环(341)和左侧硬环边(32)上开设有与后活动瓣(343)对应的后腔(344)，且后腔(344)的下部转动连接有后翘板(345)，所述后翘板(345)与对应的后活动瓣(343)的外缘固定连接；

所述后腔(344)的上部转动连接有后爪(346)，且后爪(346)的连接端固定连接有与后翘板(345)相配合的后卡(347)，所述后翘板(345)可推动后卡(347)及后爪(346)进行外扩摆动。

5.根据权利要求3所述的可适应管道直径的管道探测机器人，其特征在于：所述前脚部(35)包括固定安装在右侧所述硬环边(32)内部的前环(351)，所述前环(351)内圈的左侧固定设置有前气膜(352)，且前环(351)内圈的右侧活动设置有若干个前活动瓣(353)，若干个所述前活动瓣(353)呈环形阵列并与前气膜(352)固定连接；

所述前环(351)和右侧硬环边(32)上开设有与前活动瓣(353)对应的前腔(354)，且前腔(354)的下部转动连接有前翘板(355)，所述前翘板(355)与对应的前活动瓣(353)的外缘固定连接；

所述前腔(354)的上部转动连接有前爪(356)，且前爪(356)的连接端固定连接有与前翘板(355)相配合的前卡(357)，所述前翘板(355)可推动前卡(357)及前爪(356)进行内聚摆动；

所述前腔(354)的内壁上固定连接有弹片(358)，且弹片(358)常态抵推前卡(357)和前爪(356)外扩摆动。

6.根据权利要求4所述的可适应管道直径的管道探测机器人，其特征在于：所述后翘板(345)和后爪(346)的转动连接端上均套接有胶套，且胶套与后腔(344)内壁贴合进行密封。

7.根据权利要求5所述的可适应管道直径的管道探测机器人，其特征在于：所述前翘板(355)和前爪(356)的转动连接端上均套接有胶套，且胶套与前腔(354)内壁贴合进行密封。

8.根据权利要求5所述的可适应管道直径的管道探测机器人，其特征在于：所述前爪(356)由硬臂和弹力臂组成，且硬臂连接在前腔(354)内，弹力臂位于外侧。

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