CN116518203A - 一种管道维护机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管道维护机器人；所述管道维护机器人包括行进系统，所述行进系统包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机和第二驱动电机的输出端分别传动安装有第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件，所述第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件上均设有从动轮；所述第一驱动电机和第二驱动电机通过柔性外壳相连接；还包括转向系统，所述转向系统包括第一舵机和第二舵机，还包括安装座，所述安装座固定安装在驱动电机的尾部，第一舵机和第二舵机分别与对应的安装座固定连接，所述第一驱动电机和第二驱动电机之间连接有链式关节组件。本发明提供的管道维护机器人具有灵活、稳定的优点。

Description

一种管道维护机器人

技术领域

本发明涉及机器人维护技术领域，尤其涉及一种管道维护机器人。

背景技术

管道是工业、能源、军事装备、城市建筑等领域中使用广泛的物料运输手段，保障这些管道系统的安全性和有效性至关重要，但是随着使用年限的增加，管道不可避免的会出现老化、裂缝、腐蚀或者受到外来施工的破坏，如果不及时处理，一旦发生事故会带来巨大的经济损失。因此，定期对管道进行勘察和维护就显得非常必要，为提高管道的寿命，就必须对管道进行有限的检测维护，管道检测机器人为满足该需要而产生，因此，定期对管道进行勘察和维护。

现有管道维护机器人从驱动方式看主要有轮式、履带式、蠕动式、爬行式等几类。轮式行走机构在管道维护机器人中应用较广泛，从结构上又可分为车轮式和支撑轮式两大类。车轮式管道维护机器人行走在管道内壁表面，类似车辆在地面的行走方式。然而这种管道维护机器人多靠自身的重量提供正压力，只能在一定角度放置的管道底部运动，很难实现较大的拖动力。支撑轮式管道维护机器人在结构上是对称的，机器人通过沿周向等间隔分布的多组行走机构借助弹力等将轮子支撑在管道内壁上，当管道直径发生变化时，机器人的中心轴线能自动与管道中心轴线保持一致，机器人运动稳定性好，能产生较大的拖动力。

例如，申请号为201811494015.2的专利文件，公开了一种管道维护机器人，包括机体、多个轴向机架、多个周向机架、多个支撑组件、多个驱动轮和电机；通过本申请实施例提供的管道维护机器人进行管道检测时，由于多个支撑组件中每个支撑组件包括的支撑臂的两端分别连接多个驱动轮中的一个驱动轮，且支撑臂的两端分别与至少两个弹簧组中的至少一个弹簧组的一端连接，因此，当该管道维护机器人在经过变径区域时，可以通过控制每个驱动轮所在一端的弹簧组进行伸缩来单独改变该驱动轮与管壁的接触位置，从而使多个驱动轮中的每个驱动轮都可以与管壁接触，增强了管道维护机器人的驱动能力，更易于管道维护机器人通过变径区域。

再如，申请号为202080001663.9的专利文件，公开了一种管道维护机器人，包括移动机构、伸缩臂以及弹性机构，所述伸缩臂设置在所述弹性机构上，所述移动机构设置在所述伸缩臂远离所述弹性机构的一端上，所述移动机构可沿管道内壁移动，以带动所述伸缩臂和所述弹性机构沿管道移动，当移动机构移动到管道管径较小的位置时，管道内壁挤压移动机构，移动机构挤压伸缩臂，以使伸缩臂收缩，从而使管道维护机器人能够在管道管径较小的位置移动。

再如，申请号为202110672916.1的专利文件，公开了一种管道维护机器人，其包括：驱动行走装置，驱动管道维护机器人在管道内前进、后退或转弯；作业装置，选自相机装置、扫描装置、夹取装置、打磨装置、滚扫收集装置中的两种或两种以上；以及连接装置，可拆卸连接驱动行走装置和作业装置。相对于现有技术，本发明管道维护机器人根据需要选择不同的作业装置，并通过连接装置实现不同作业装置的更换和连接，可以在管道中进行多功能作业。

但是，上述技术中，当要求管道维护机器人具有转弯尤其是选择性地过“T型”管的不同分支时，现有管道维护机器人很难做到，不够灵活稳定。

因此，有必要提供一种新的管道维护机器人解决上述技术问题。

发明内容

本发明旨在针对背景技术所指出的所有缺陷，提供一种新的技术方案一种灵活、稳定的管道维护机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供的管道维护机器人包括：行进系统、转向系统和实时取像系统，

行进系统，所述行进系统包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机和第二驱动电机的输出端分别传动安装有第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件，所述第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件上均设有从动轮；所述第一驱动电机和第二驱动电机通过柔性外壳相连接；还包括转向系统，所述转向系统包括第一舵机和第二舵机，所述第一舵机和第二舵机分别设在第一驱动电机和第二驱动电机的尾部，所述第一驱动电机和第二驱动电机之间连接有链式关节组件，所述第一舵机和第二舵机分别与链式关节组件的两端传动连接，所述第一舵机和第二舵机的输出端均固定安装有绞盘，两个绞盘上均绕设有绳索，两个绳索的端部与第一驱动电机和第二驱动电机的尾部一一对应连接。

优选的，还包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头和第二摄像头分别设置在第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件相互远离的一侧。

优选的，还包括作业系统，所述作业系统包括支座和作业单元，所述支座设在所述第一从动轮盘组件上，所述作业单元活动安装在支座上。

优选的，所述第一驱动电机和第二驱动电机均包括电机转子和电机定子，两个电机定子相对设置，还包括安装座，所述安装座固定安装在驱动电机的尾部，第一舵机和第二舵机分别与对应的安装座固定连接，所述绳索的端部固定在安装上，所述电机转子转动安装在对应的电机定子上。

优选的，所述第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件均包括基座，所述基座上转动安装有多个从动轮杆，多个从动轮杆呈环形阵列均匀分布在基座上，所述从动轮转动安装在从动轮杆的外端，所述从动轮杆的内端固定安装有扇齿，所述基座上转动安装有中心齿轮，所述中心齿轮与扇齿啮合。使从动轮可主动折叠，在电缸的作用下以主动力自适应管径，进一步实现力反馈和对管道的恒定压力控制；从动轮聚拢和扩张可使管道维护机器人通过各种管道接头。

优选的，所述中心齿轮的的表面固定安装有短轴，所述基座上转动安装有电缸，所述电缸的输出端与短轴转动连接。

优选的，所述扇齿的靠近基座的一侧固定安装有齿扇中心轴，所述基座上开设有圆孔，所述齿扇中心轴转动安装在圆孔内。

优选的，所述基座中心处转动安装有空心轴，所述中心齿轮固定套设在空心轴上，所述中心齿轮上设有多个通孔，多个通孔在中心齿轮上呈均匀环形阵列分布。

优选的，所述空心轴上设有导电滑环。

优选的，所述链式关节组件包括第一链节、第二链节和第三链节，所述第一链节、第二链节和第三链节依次转动连接，所述第一链节、第二链节和第三链节的连接处设有扭簧。

与相关技术相比较，本发明提供的管道维护机器人除了针对性解决背景技术立的所有技术问题之余，还能达到如下有益效果：

1、采用直线型蠕虫式外形；

2、采用柔性外壳和多链节可使管道维护机器人在过弯时利用欠驱动原理实现柔性过弯。

附图说明

图1为本发明提供的管道维护机器人的一种较佳实施例的结构示意图；

图2为图1所示的剖视结构示意图；

图3为本发明中从动轮盘组件的结构示意图；

图4为图3所示的立体爆炸视图；

图5为本发明的部分结构示意图；

图6为本发明中链式关节组件的结构示意图；

图7为图1所示的部分结构右视图。

图中标号：11、柔性外壳；510、第一驱动电机；511、电机转子；512、电机定子；520、第二驱动电机；530、第一从动轮盘组件；540、第二从动轮盘组件；531、基座；532、电缸；533、中心齿轮；534、从动轮杆；535、从动轮；537、空心轴；538、扇齿；539、齿扇中心轴；541、圆孔；542、短轴；543、通孔；544、导电滑环；

61、第一舵机；62、第二舵机；630、链式关节组件；631、第一链节；632、第二链节；633、第三链节；634、扭簧；611、绞盘；612、绳索；

81、第一摄像头；82、第二摄像头；

920、支座；921、作业单元。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

请结合参阅图1、图2和图7，管道维护机器人包括：行进系统、转向系统和实时取像系统，行进系统，行进系统包括第一驱动电机510和第二驱动电机520，第一驱动电机510和第二驱动电机520的输出端分别传动安装有第一从动轮盘组件530和第二从动轮盘组件540，第一从动轮盘组件530和第二从动轮盘组件540上均设有从动轮535；第一驱动电机510和第二驱动电机520通过柔性外壳11相连接；还包括转向系统，转向系统包括第一舵机61和第二舵机62，第一舵机61和第二舵机62分别设在第一驱动电机510和第二驱动电机520的尾部，第一驱动电机510和第二驱动电机520之间连接有链式关节组件630，第一舵机61和第二舵机62分别与链式关节组件630的两端传动连接，第一舵机61和第二舵机62的输出端均固定安装有绞盘611，两个绞盘611上均绕设有绳索612，两个绳索612的端部与第一驱动电机510和第二驱动电机520的尾部一一对应连接。第一驱动电机510和第二驱动电机520旋转方向不同且速度相同时可驱动管道维护机器人前进或后退，两驱动电机旋转方向不同可平衡机架受到的驱动反力。

由于现有小管径管道维护机器人领域的管道维护机器人无法在管道维护机器人前后端携带摄像头的情况下再携带工作组件，比如机械爪、动力钻头，动力磨头，因此就无法在管道内可视化作业，因此，本装置还包括实时取像系统采用摄像头进行实时取像反馈；更具体的是还包括第一摄像头81和第二摄像头82，第一摄像头81和第二摄像头82分别设置在第一从动轮盘组件530和第二从动轮盘组件540相互远离的一侧。还包括作业系统，作业系统包括支座920和作业单元921，支座920设在第一从动轮盘组件530上，作业单元921活动安装在支座920上。从而实现可视化作业。

第一驱动电机510和第二驱动电机520均包括电机转子511和电机定子512，两个电机定子512相对设置，还包括安装座，安装座固定安装在驱动电机的尾部，第一舵机61和第二舵机62分别与对应的安装座固定连接，绳索的端部固定在安装座上，电机转子511转动安装在对应的电机定子512上。

请结合参阅图3和图4，第一从动轮盘组件530和第二从动轮盘组件540均包括基座531，基座531上转动安装有多个从动轮杆534，多个从动轮杆534呈环形阵列均匀分布在基座531上，从动轮535转动安装在从动轮杆534的外端，从动轮杆534的内端固定安装有扇齿538，基座531上转动安装有中心齿轮533，中心齿轮533与扇齿538啮合。中心齿轮533的的表面固定安装有短轴542，基座531上转动安装有电缸532，电缸532的输出端与短轴542转动连接。扇齿538的靠近基座531的一侧固定安装有齿扇中心轴539，基座531上开设有圆孔541，齿扇中心轴539转动安装在圆孔541内。基座531中心处转动安装有空心轴537，中心齿轮533固定套设在空心轴537上，空心轴537可以保证工作组件支座相对于电机定子和机体保持静止；作业单元安装在作业组件支座上，作业单元可以是机械手、电动钻头、电动磨头等。中心齿轮533上设有多个通孔543，多个通孔543在中心齿轮533上呈均匀环形阵列分布。空心轴537上设有导电滑环544。电缸532通过导电滑环544供电，使用时，电缸532伸缩带动中心齿轮533旋转从而使所有从动轮杆534聚拢或伸展，各个从动轮杆534伸展时可使所有从动轮535和管道内壁紧密接触。

请结合参阅图5和图6，链式关节组件630包括第一链节631、第二链节632和第三链节633，第一链节631、第二链节632和第三链节633依次转动连接，第一链节631、第二链节632和第三链节633的连接处设有扭簧634。转向系统初始状态时受到各个链节之间扭簧634的作用处于直线状态，转弯时在第一舵机61和第二舵机62旋转牵引绳索612的作用下向左或者向右弯曲；由于转向系统中驱动器数量少于转型系统的自由度，因此该转向系统为一欠驱动系统，在管道维护机器人过弯时利用欠驱动原理可使机器人受阻小的部位对应的链节先反生转动，随着过弯的进行，后面的链节依次发生转动去适应弯管的形状，实现欠驱动柔性自适应转弯。

本装置采用直线型蠕虫式外形充分利用管道内空间；采用柔性外壳和多链节可使管道维护机器人在过弯时利用欠驱动原理实现柔性过弯，过弯时，利用两个绳索拉动端部的驱动电机转动，从而实现机器人在转弯时可以呈蛇形摆动，从而通过弯管或者“T型”管时更加顺畅；采用主动折叠式从动轮设计，在电缸的作用下以主动力自适应管径，进一步实现力反馈和对管道的恒定压力控制，在过大角度弯管时可以使前部从动轮聚拢，减小过弯阻碍，进一步帮助过弯；利用第一驱动电机510和第二驱动电机520通过转向和转速配合既做驱动电机又做可做姿态调整电机，减少了驱动器的数量保证系统简单可靠，当第一驱动电机510和第二驱动电机520驱动机器人进行姿态调整时，搭配转向系统可实现管道维护机器人竖直平面360度任意方向转向，因此可有选择地驶进任何角度的弯管；采用二自由度力反馈操作架对机器人进行操作，操作更为直观方便，配合力反馈功能操作更加精准。

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

Claims (10)

1.一种管道维护机器人，其特征在于，主要包括：行进系统、转向系统和实时取像系统，

所述行进系统包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机和第二驱动电机的输出端分别传动安装有第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件，所述第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件上均设有从动轮；

所述转向系统包括第一舵机和第二舵机，还包括安装座，所述第一驱动电机和第二驱动电机之间连接有链式关节组件；

所述第一舵机和第二舵机的输出端均固定安装有绞盘，两个绞盘上均绕设有绳索，两个绳索的端部分别与舵机对向的安装座固定连接，利用绞盘在链式关节组件的两侧通过绳索牵拉，从而使链式关节组件带动柔性外壳蛇形摆动，进而实现柔性过弯；

所述的实时取像系统采用摄像头进行实时取像反馈。

2.根据权利要求1所述的管道维护机器人，其特征在于，所述的实时取像系统还包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头和第二摄像头分别设置在第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件相互远离的一侧。

3.根据权利要求1所述的管道维护机器人，其特征在于，还包括作业系统，所述作业系统包括支座和作业单元，所述支座设在所述第一从动轮盘组件上，所述作业单元活动安装在支座上。

4.根据权利要求1-3任一项所述的管道维护机器人，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机通过柔性外壳相连接，均包括电机转子和电机定子，两个电机定子相对设置，所述电机转子转动安装在对应的电机定子上。

5.根据权利要求4所述的管道维护机器人，其特征在于，所述第一从动轮盘组件和第二从动轮盘组件均包括基座，所述基座上转动安装有多个从动轮杆，多个从动轮杆呈环形阵列均匀分布在基座上，所述从动轮转动安装在从动轮杆的外端，所述从动轮杆的内端固定安装有扇齿，所述基座上转动安装有中心齿轮，所述中心齿轮与扇齿啮合。

6.根据权利要求5所述的管道维护机器人，其特征在于，所述中心齿轮的的表面固定安装有短轴，所述基座上转动安装有电缸，所述电缸的输出端与短轴转动连接。

7.根据权利要求6所述的管道维护机器人，其特征在于，所述扇齿的靠近基座的一侧固定安装有齿扇中心轴，所述基座上开设有圆孔，所述齿扇中心轴转动安装在圆孔内。

8.根据权利要求7所述的管道维护机器人，其特征在于，所述基座中心处转动安装有空心轴，所述中心齿轮固定套设在空心轴上，所述中心齿轮上设有多个通孔，多个通孔在中心齿轮上呈均匀环形阵列分布。

9.根据权利要求8所述的管道维护机器人，其特征在于，所述空心轴上设有导电滑环。

10.根据权利要求1-3任一项所述的管道维护机器人，其特征在于，所述链式关节组件包括第一链节、第二链节和第三链节，所述第一链节、第二链节和第三链节依次转动连接，所述第一链节、第二链节和第三链节的连接处设有扭簧。