CN115962373A - 一种柔性可重构多功能管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种柔性可重构多功能管道机器人，包括主体控制节本体，主体控制节本体包括支撑板，支撑板底部前端与后端设置有行走部，支撑板底端中部设置有位移检测部，支撑板顶部前端设置有摄像头，支撑板顶端中部固定连接有扶正部，支撑板外侧罩设有圆锥状外壳，行走部、位移检测部、扶正部穿过圆锥状外壳侧壁，位移检测部底端与行走部底端位于同一水平面，圆锥状外壳尾端固定连接有辅助部，圆锥状外壳尾端可拆卸连接有至少一个可重构负载驱动节本体，支撑板顶部设置有控制部，位移检测部、摄像头与控制部电性连接。本发明的机器人可适用于软硬不同管径管道的管壁图像采集与处理和穿缆工作，同时具有自身状态检测和位移检测功能。

Description

一种柔性可重构多功能管道机器人

技术领域

本发明属于刚性管道检测和管道穿缆技术领域，特别是涉及一种柔性可重构多功能管道机器人。

背景技术

各式各样的管道被广泛地应用于石油、化工、天然气等各领域，实现物质运输、信号传送、线缆保护等功能。管径、材料因用途不同而不同，且管道空间布局及工况均较为复杂、恶劣，所以管道的穿缆、检测维护的难度、成本都很高。目前缺乏一种具备多功能的管道检测与大负载的可重构机器人。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性可重构多功能管道机器人，以解决背景技术中所存在的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种柔性可重构多功能管道机器人，包括主体控制节本体，所述主体控制节本体包括支撑板，所述支撑板底部前端与后端设置有行走部，所述支撑板底端中部设置有位移检测部，所述支撑板顶部前端设置有摄像头，所述支撑板顶端中部固定连接有扶正部，所述支撑板外侧罩设有圆锥状外壳，所述行走部、位移检测部、扶正部穿过所述圆锥状外壳侧壁，所述位移检测部底端与所述行走部底端位于同一水平面，所述圆锥状外壳尾端固定连接有辅助部，所述圆锥状外壳尾端可拆卸连接有至少一个可重构负载驱动节本体，所述支撑板顶部设置有控制部，所述位移检测部、摄像头与所述控制部电性连接。

优选的，所述位移检测部包括位移检测轮，所述位移检测轮通过连接杆与所述支撑板底端中部固定连接，所述位移检测轮位于所述圆锥状外壳外侧，所述位移检测轮底端与所述行走部底端位于同一水平面，所述位移检测轮与所述控制部电性连接。

优选的，所述辅助部包括喇叭状减阻与助力筒，所述喇叭状减阻与助力筒与所述圆锥状外壳尾端固定连接。

优选的，所述圆锥状外壳尾端固定连接有万向节，所述可重构负载驱动节本体可拆卸连接在所述万向节上。

优选的，所述扶正部包括弹簧支架，所述弹簧支架一端与所述支撑板顶部固定连接，所述弹簧支架另一端固定连接有轴承，所述轴承位于所述圆锥状外壳外侧。

优选的，所述行走部包括前轮、后轮，所述前轮转动设置在所述支撑板底部前端，所述后轮转动设置在所述支撑板底部后端，所述前轮、后轮位于所述圆锥状外壳外侧，所述前轮底端、后轮底端与所述位移检测轮底端位于同一水平面，所述前轮、后轮均传动连接有驱动电机输出轴。

优选的，所述支撑板顶部后端固定连接有电池，所述电池与所述摄像头、驱动电机电性连接。

优选的，所述控制部包括控制板，所述控制板与所述支撑板顶部中部固定连接。

本发明具有如下技术效果：

1、通过在主体控制节本体尾端挂接可重构负载驱动节本体可以增强机器人负载能力；

2、位移检测部底端与行走部处于同一水平线上，能够检测机器人移动是否发生旋转，判断机器人是否真正移动，避免行走部空转时位移误判；

3、通过圆锥状外壳外侧的扶正部防止负载过重车头上翘，对于软性管道起到撑开管壁同时减少行进的阻力的作用；同时减少与管壁的摩擦力；扶正部可根据管径的大小更换或调节相适应的长度，使机器人可以适应不同直径的管道；

4、圆锥状外壳保护机器人本体的同时，有利于减小阻力，对于柔性管道还能起到支撑管壁的作用；

5、机器人穿越软管作业的时候可以向管道中不断注入一定压力的空气，使管壁鼓起以减少阻力，同时辅助部有利于将不断注入的空气动能转换为机器人前进的动能；

6、控制部能够检测机器人在管道中行进的姿态，避免发生侧翻；

7、机器人前端的摄像头可以采集管道内壁图像，可以通过控制部处理、判断后记录、报警或其他输出。

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为本发明整体结构示意图；

图2为本发明前视图；

图3为本发明后视图；

图4为本发明内部结构示意图；

图5为本发明可重构负载驱动节本体结构示意图；

图6为本发明主体控制节本体与可重构负载驱动节本体连接示意图。

其中，1、圆锥状外壳；2、前轮；3、弹簧支架；4、位移检测轮；5、轴承；6、后轮；7、万向节；8、喇叭状减阻与助力筒；9、摄像头；10、电池；11、驱动电机；12、支撑板；13、控制板；14、主体控制节本体；15、可重构负载驱动节本体。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-6，本发明提供一种柔性可重构多功能管道机器人，包括主体控制节本体14，主体控制节本体14包括支撑板12，支撑板12底部前端与后端设置有行走部，支撑板12底端中部设置有位移检测部，支撑板12顶部前端设置有摄像头9，支撑板12顶端中部固定连接有扶正部，支撑板12外侧罩设有圆锥状外壳1，行走部、位移检测部、扶正部穿过圆锥状外壳1侧壁，位移检测部底端与行走部底端位于同一水平面，圆锥状外壳1尾端固定连接有辅助部，圆锥状外壳1尾端可拆卸连接有至少一个可重构负载驱动节本体15，支撑板12顶部设置有控制部，位移检测部、摄像头9与控制部电性连接。

摄像头9处于水平视角，且摄像头9前侧有透明防护板，圆锥状外壳1承载并保护器内部的机器人零部件。

圆锥状外壳1前端为圆锥状，中后端为圆柱状，覆盖住整个机器人主体，提到保护作用的同时减小其在柔性管中的阻力。

进一步优化方案，位移检测部包括位移检测轮4，位移检测轮4通过连接杆与支撑板12底端中部固定连接，位移检测轮4位于圆锥状外壳1外侧，位移检测轮4底端与行走部底端位于同一水平面，位移检测轮4与控制部电性连接。

位移检测轮4位于圆锥状外壳1下侧中间，与前轮2、后轮6处在同一水平线上，与控制部相连。通过位移检测轮4检测机器人在管道中是否行进，控制部采集位移检测轮4的转动信息，通过读取机器人的移动方向计算出实际的移动位移。

进一步优化方案，辅助部包括喇叭状减阻与助力筒8，喇叭状减阻与助力筒8与圆锥状外壳1尾端固定连接。

喇叭状减阻与助力筒8实现对机器人的减阻和助推。喇叭状减阻与助力筒8固定在机器人后端，机器人运行时可在后端通过加压气体进行辅助推动。

喇叭状减阻与助力筒8通过螺栓安装在机器人后侧。在喇叭状减阻与助力筒8的边沿上安装轴承，有利于减小柔性管道中运行时的阻力；喇叭状结构，在机器人穿越管道作业的同时可通过向管道中不断注入一定压力空气，提高辅助动力。

进一步优化方案，圆锥状外壳1尾端固定连接有万向节7，可重构负载驱动节本体15可拆卸连接在万向节7上。

万向节7是用于挂载可重构负载驱动节本体15或挂载负载(如电缆等)，提升机器人的负载能力，增强机器人的柔性，实现机器人的重构；有利于转向及动力的传导，万向节7具有约180度的灵活转动角度，有助于机器人在弯曲或一定坡度的管道内行进，使得主体控制节本体14和可重构负载驱动节本体15，以及可重构负载驱动节本体15和可重构负载驱动节本体15之间具有一定的柔性。

进一步优化方案，扶正部包括弹簧支架3，弹簧支架3一端与支撑板12顶部固定连接，弹簧支架3另一端固定连接有轴承5，轴承5位于圆锥状外壳1外侧。

进一步的，圆锥状外壳1外侧壁左右两侧也分别安装有弹簧支架3，弹簧支架3的端部固定连接有轴承5。

弹簧支架3起到姿态扶正的作用，弹簧支架3可在一定范围内伸缩，并可根据管径更换对应长度的弹簧支架3，轴承5起到减小管壁阻力的作用。

弹簧支架3是一个从支撑板12延伸至圆锥状外壳1上开口处的支架，支架下端为弹簧，弹簧支架3安装在支撑板12上，延伸至圆锥状外壳1的上侧、左侧和右侧开口处，其中左侧和右侧上弹簧支架3高于前轮2、后轮6的最外侧线，弹簧的弹性可以使弹簧支架3在一定的范围内伸缩，弹簧支架3可拆卸，使弹簧支架3可根据实际管径大小提前进行更换，使机器人可以适应不同直径的管道。其作用是稳定机器人本体，使机器人本体保持平衡，不易侧翻；同时弹簧支架3的顶端组装有可自由旋转的轴承5，在柔性管道中运行时可撑起管壁，并减少机器人行进的阻力。

进一步优化方案，行走部包括前轮2、后轮6，前轮2转动设置在支撑板12底部前端，后轮6转动设置在支撑板12底部后端，前轮2、后轮6位于圆锥状外壳1外侧，前轮2底端、后轮6底端与位移检测轮4底端位于同一水平面，前轮2、后轮6均传动连接有驱动电机11输出轴。

对于刚性管道，前轮2、后轮6可采用橡胶轮，对于柔性管道，前轮2、后轮6可采用刚性轮(如铝合金、尼龙、钢、铁等材料)，且前轮2、后轮6的轮面刻有防滑槽，用以增大摩擦力，便于行进。

进一步优化方案，支撑板12顶部后端固定连接有电池10，电池10与摄像头9、驱动电机11电性连接。

进一步优化方案，控制部包括控制板13，控制板13与支撑板12顶部中部固定连接。

控制板13包括处理器、电机驱动电路、陀螺仪电路、位移检测电路、电源电路，处理器通过控制摄像头9实现管壁的图像采集、处理、检测和判断；通过电机驱动电路控制电机带动前轮2、后轮6的运动；通过陀螺仪电路检测机器人的姿态；通过位移检测电路获得机器人的实际运动状态；电池10实现对控制板13、摄像头9和驱动电机11的能源供应。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“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，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种柔性可重构多功能管道机器人，其特征在于，包括主体控制节本体(14)，所述主体控制节本体(14)包括支撑板(12)，所述支撑板(12)底部前端与后端设置有行走部，所述支撑板(12)底端中部设置有位移检测部，所述支撑板(12)顶部前端设置有摄像头(9)，所述支撑板(12)顶端中部固定连接有扶正部，所述支撑板(12)外侧罩设有圆锥状外壳(1)，所述行走部、位移检测部、扶正部穿过所述圆锥状外壳(1)侧壁，所述位移检测部底端与所述行走部底端位于同一水平面，所述圆锥状外壳(1)尾端固定连接有辅助部，所述圆锥状外壳(1)尾端可拆卸连接有至少一个可重构负载驱动节本体(15)，所述支撑板(12)顶部设置有控制部，所述位移检测部、摄像头(9)与所述控制部电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种柔性可重构多功能管道机器人，其特征在于，所述位移检测部包括位移检测轮(4)，所述位移检测轮(4)通过连接杆与所述支撑板(12)底端中部固定连接，所述位移检测轮(4)位于所述圆锥状外壳(1)外侧，所述位移检测轮(4)底端与所述行走部底端位于同一水平面，所述位移检测轮(4)与所述控制部电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种柔性可重构多功能管道机器人，其特征在于，所述辅助部包括喇叭状减阻与助力筒(8)，所述喇叭状减阻与助力筒(8)与所述圆锥状外壳(1)尾端固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种柔性可重构多功能管道机器人，其特征在于，所述圆锥状外壳(1)尾端固定连接有万向节(7)，所述可重构负载驱动节本体(15)可拆卸连接在所述万向节(7)上。

5.根据权利要求1所述的一种柔性可重构多功能管道机器人，其特征在于，所述扶正部包括弹簧支架(3)，所述弹簧支架(3)一端与所述支撑板(12)顶部固定连接，所述弹簧支架(3)另一端固定连接有轴承(5)，所述轴承(5)位于所述圆锥状外壳(1)外侧。

6.根据权利要求2所述的一种柔性可重构多功能管道机器人，其特征在于，所述行走部包括前轮(2)、后轮(6)，所述前轮(2)转动设置在所述支撑板(12)底部前端，所述后轮(6)转动设置在所述支撑板(12)底部后端，所述前轮(2)、后轮(6)位于所述圆锥状外壳(1)外侧，所述前轮(2)底端、后轮(6)底端与所述位移检测轮(4)底端位于同一水平面，所述前轮(2)、后轮(6)均传动连接有驱动电机(11)输出轴。

7.根据权利要求6所述的一种柔性可重构多功能管道机器人，其特征在于，所述支撑板(12)顶部后端固定连接有电池(10)，所述电池(10)与所述摄像头(9)、驱动电机(11)电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种柔性可重构多功能管道机器人，其特征在于，所述控制部包括控制板(13)，所述控制板(13)与所述支撑板(12)顶部中部固定连接。

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