CN116619322A - 一种组合式运管机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑工程机械领域，特别是涉及一种组合式运管机器人。其用于执行管道铺设工程中的管道搬运工作。组合式运管机器人由至少两个单体机器人构成，每个单体机器人包括：运动底盘、机架、升降机构、夹管机构、活动梁、控制器。其中，机架竖直安装在运动底盘的上方；升降机构用于驱动一个夹管机构沿竖直方向升降运动。夹管机构包括支撑板、液压伸缩组件、支撑架，以及夹具。活动梁包括旋转驱动组件、内梁和外梁。旋转驱动组件用于驱动外梁以内梁为轴转动。其中，可转动的外梁在竖直状态下收纳于梁槽内，外梁水平抬起时的高度与另一侧的凹槽齐平。控制器包括设备控制模块与管理模块。本发明解决了管道吊装铺设作业成本高、难度大等缺陷。

Description

一种组合式运管机器人

技术领域

本发明涉及建筑工程机械领域，特别是涉及一种组合式运管机器人。

背景技术

市政管道工程是市政工程的重要组成部分，是城市重要的基础工程设施。包括：给水管道、排水管道、燃气管道、热力管道、电力电缆等。这些管道在施工过程中大多铺设在地面以下，例如在道路修建过程中，首先需要对地面下方的各类市政管道进行铺设，或者对老旧管道进行迁移和重新铺设。在工程建设过程中，各类市政管道通常都是在工厂中预先生产，然后运送到工程现场由施工人员完成铺设。

以给水管道为例，现有的工程建设中采用的大口径的主管通常采用衬塑管道或铸铁管道；这些管道单根管道的质量较大，因此管道的埋设大多由吊车等工程机械辅助完成，通过单台或多台大型吊车将管道吊起，然后在指挥人员的指挥下，由吊车司机对管道的方向和位置进行调整，并最终放到预先开挖好的管道预埋沟中。

传统管道工程施工中采用的吊装作业至少存在如下几个缺点：(1)对工程现场的空间要求较高，需要提供可供吊装机械使用的可靠平台以及较大的作业空间。(2)管道铺设时需要安装到预埋沟以下，因此在吊装过程中需要专门的指挥人员在沟内远程指挥吊车司机进行操作，这要求指挥和操作人员具备丰富的操作经验，否则容易影响管道的对接精度。(3)管道吊装通常仅适用于较小长度的管道的铺设，对于燃气管道和热力管道等长度较大的场景，则需要同时使用多个吊车同时吊装，这不仅大大提高了施工成本，而且提高了施工难度。吊装作业时，一旦各个吊车司机如无法不能协调一致，则很容易造成管道断裂或变形。(4)吊装作业通常使用吊缆对管道进行固定，因此在施工过程容易发生管道倾斜或晃动，这进一步提高了施工的难度和风险性，当管道在吊装过程中滑落或碰撞到其他设备，则很容易出现经济损失和造成安全事故。

发明内容

基于此，有必要针对管道施工过程中的管道吊装作业成本高、难度大等缺陷，提供一种组合式运管机器人。

本发明提供的技术方案如下：

一种组合式运管机器人，其用于执行管道铺设工程中的管道搬运工作。组合式运管机器人由至少两个单体机器人构成，每个单体机器人包括：运动底盘、机架、升降机构、夹管机构、活动梁、控制器。

其中，运动底盘作为单体机器人的行走机构。其上负载有单体机器人中的其他机构和组件。机架竖直安装在运动底盘的上方；本发明中的机架整体呈箱型，至少包括一个内含的设备安装腔，以及位于机架一侧的设备安装面。在机架中设备安装面的纵向中线位置设有一条滑槽，在滑槽的左右两侧分别设有一个纵向延伸的长条形梁槽和一个方形凹槽；其中，梁槽的顶部与设备安装腔联通。而梁槽的其他部分以及凹槽均不与设备安装腔连通。

升降机构，其安装在机架内部，升降机构用于驱动一个夹管机构沿竖直方向升降运动。

夹管机构安装在机架的其中一侧，即对应设备安装面的一侧。夹管机构用于抱紧待搬运的管道。所述夹管机构包括支撑板、液压伸缩组件、支撑架，以及夹具。其中，支撑板靠近机架的一面的上部设置用于与升降机构装配的安装接头，下部固定连接有支撑架。支撑架包括减震支柱以及前端的轮子，减震支柱安装在支撑板上，轮子抵入到机架中的滑槽内。液压伸缩组件安装在支撑板中远离机架另一面，且液压伸缩组件的伸缩方向垂直于支撑板所在平面。夹具呈开口朝外的弧面形，并安装在液压伸缩组件的端部。

活动梁包括旋转驱动组件、内梁和外梁。其中，内梁呈圆柱状并固定在机架内部的设备安装腔内，内梁沿机架所在平面水平向延伸。外梁的上端通过环形接口套设在内梁上；旋转驱动组件用于驱动外梁以内梁为轴转动。其中，可转动的外梁在竖直状态下收纳于梁槽内，外梁水平抬起时的高度与另一侧的凹槽的高度齐平。

控制器包括设备控制模块与管理模块；设备控制模块与运动底盘、升降机构、夹管机构和活动梁电连接；进而用于控制单体机器人中运动底盘、升降机构、夹管机构和活动梁的运行状态。管理模块用于管理设备控制模块；管理模块包括遥控单元、设备配对单元和交互单元。遥控单元用于和一个遥控器进行通信连接，接受遥控器发出的控制指令；设备配对单元用于在多个单体机器人进行配对和组网，以实现对配对后多个单体机器人进行协同控制。交互单元与一个交互设备电连接，以实现单体机器人与操作人员之间的交互。

作为本发明进一步的改进，运动底盘根据最大载荷的差异选择采用轮式底盘或履带式底盘。其中，轮式底盘的驱动轮结构采用三轮全向轮结构、四轮差速结构、四轮十字型全向轮结构、四轮麦克纳姆轮结构、四轮阿克曼结构中的任意一种。

作为本发明进一步的改进，升降机构采用液压升降机构，液压升降机构中包括至少两根同步升降的液压油缸；在机架中靠近液压油缸的位置设有两条位置对应的通槽。夹管机构上的安装接头贯穿通槽，并固定连接在液压油缸的端部。

作为本发明进一步的改进，在活动梁中，外梁端部的环形接口的内圈通过轴承与内梁可转动连接。环形接口的外圈设置有轮齿；旋转驱动机构采用电机，电机的输出轴通过齿轮箱与环形接口外圈上的轮齿啮合，进而驱动外梁转动。

作为本发明进一步的改进，外梁中靠近旋转驱动机构的一侧设有一个垂直于外梁延伸方向的限位块，在外梁处于水平状态时，限位块抵接在机架表面。

且/或

夹具呈水平放置的半圆管形，夹具的开口内侧阵列分布有多个用于“咬紧”待搬运管道的柱状齿牙；柱状齿牙的顶部设有柔性胶套；柱状齿牙端部设置第二压力传感器，第二压力传感器与控制器电连接。

作为本发明进一步的改进，夹管机构中的支撑板采用“L”型折弯的一体式金属板材，包括水平板和竖直板。水平板位于竖直板的上部且端部连接有安装接头；竖直板背面的底部连接有支撑架，支撑架抵入到机架中的滑槽内时；竖直板的板面保持竖直状态。液压伸缩组件和夹具的组合体固定在竖直板的正面。

作为本发明进一步的改进，在机架的凹槽中分别设置有磁力锁的电磁锁体和压力传感器；活动梁中外梁的端部设有位置相对的锁扣板。锁体和压力传感器均与设备控制模块电连接。

任意两个单体机器人协同工作时，各自的活动梁水平抬起并插入到对方机架中的凹槽内。当任意单体机器人的设备控制模块同时接受到压力传感器的压力信号以及电磁锁体的启动指令时，磁力锁的电磁锁体开启并与另一台单体机器人活动梁上的锁扣板吸附并锁死。当任意单体机器人的电磁锁体接收到设备控制模块下发的关闭指令时，磁力锁的电磁锁体关闭并释放锁扣板。

作为本发明进一步的改进，单体机器人中还包括或连接有一个交互设备，交互设备包括用于实现人机交互的键盘和显示器；键盘用于向单体机器人输入人工控制指令，显示器用于显示单体机器人的控制信息和状态信息。

且/或

单体机器人中还包括或连接有一个遥控器，遥控器用于同步控制作为主机的单体机器人以及作为从机与主机配对的其他单体机器人的运行状态。

且/或

机架的周向还设置有用于采集行进方向前方以及下方画面的摄像头，遥控器中包含有显示模块，摄像头采集到的画面同步传输到单体机器人连接的遥控器的显示模块上。

本发明提供的组合式运管机器人中设备配对单元包括发射机和接收机；通过发射机和接收机在不同单体机器人间完成检验信息的收发，进而完成配对。任意两个单体机器人的配对方法如下：

S1：管理人员指定任意一个或多个单体机器人为从机，并完成组网。

S2：从机在广播模式下通过发射机的广播信道向外发送包含各从机ID信息的请求信号。

S3：管理人员指定的主机在监听模式通过接收机监听广播信号中的请求信息；然后对接收到的请求信息进行解码和校验。

S4：在校验通过后，主机根据各个从机的ID信息向其发送从机ID信息和自身ID信息的回传信号。

S5：从机在接收到回传信号后对回传信号进行解码和验证，然后在校验通过后根据主机的ID信号向其发送确认信号。

S6：主机在接受到确认信号后进行解码和验证，并在校验成功后完成设备间的配对和组网。

作为本发明进一步的改进，运动底盘中还安装GPS定位模块以及基于陀螺仪和加速度计的惯性导航模块；控制器结合GPS定位模块和惯性导航模块实现对运管机器人的运动状态进行精准控制。

本发明提供的一种组合式运管机器人，具有如下有益效果：

本发明提供的组合式运管机器人由至少两台单体机器人组合装配而成，组合式机器人具有类似龙门架的结构，并采用类似人工托举的方式进行管道搬运和铺设。这种全新设计的机器人可以现场装配，现场施工，工作方式灵活，对作业场景的空间要求较低。

此外，本发明的组合式运管机器人在进行管道铺设时，可以跨骑在管道沟或管道基台上方，操作过程更加便捷，易于观察和操作。并且可以单人操作完成管道铺设任务，相对于传统吊车吊装铺设方式而言，安全性更高，工作效率也明显提升，有助于降低管道铺设的工程建设成本。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的组合式运管机器人中单体机器人的结构示意图。

图2为本发明实施例1中单体机器人的纵向剖面示意图。

图3为本发明实施例中单体机器人活动梁抬起时的结构示意图。

图4为本发明实施例1提供的组合式运管机器人的结构示意图。

图5为本发明实施例1中活动梁中内梁和外梁的装配示意图。

图6为组合式运管机器人控制部分的模块连接示意图。

图7为两台单体机器人配对过程的步骤流程图。

图8为两个单体机器人在组装前的状态图。

图9为两个单体机器人在组装后的状态图。

图10为两个单体机器人构成的组合式运管机器人搬运单根短管道的状态示意图。

图11为由多个单体机器人构成的多个组合式运管机器人搬运单根长管道的状态示意图。

图12为图5中A部分的局部放大图。

图中标记为：1、运动底盘；2、机架；3、升降机构；4、夹管机构；5、活动梁；21、滑槽；22、凹槽；23、梁槽；24、通槽；41、支撑板；42、液压伸缩组件；43、支撑架；44、夹具；51、内梁；52、外梁；521、环形接口；522、限位块。

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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本实施例提供一种组合式运管机器人，其用于执行管道铺设工程中的管道搬运工作。每个组合式运管机器人由两个单体机器人构成，进而协同完成管道搬运和铺装任务。本实施例提供的组合式运管机器人本质上是一种仿生的机械设备，它可以模拟人工搬运重型管道的工作方式，进而将待铺装的管道准确放置到管道沟底部的对应位置。如图1所示，根据结构和功能划分，本实施例提供的单体机器人包括：运动底盘1、机架2、升降机构3、夹管机构4、活动梁5、控制器。

其中，运动底盘1作为单体机器人的行走机构，相当于是一种性能更加简化的AGV车辆，其上负载有单体机器人中的其他机构和组件。运动底盘1根据最大载荷的差异可以选择采用轮式底盘或履带式底盘。通常来说，采用履带式底盘的单体机器人适合应用于载荷相对较大的搬运任务，例如搬运污水管道中使用的重量和体积较大的预制水泥箱涵或管道，以及干线供水管道或燃气管道。而轮式底盘则适合应用于载荷相对较小的场景，例如支线供水管道、燃气管道、电信管道等等。此外，轮式底盘的负载虽然相对履带式底盘更小，但是灵活性更好，对场地的要求更低，因此更加适合应用到大部分作业空间有限的市政改造工程的项目中。

为了进一步提高设备性能，轮式底盘优先选择具有全向通过性底盘。例如，本实施例中的轮式底盘的驱动轮结构可以采用三轮全向轮结构、四轮差速结构、四轮十字型全向轮结构、四轮麦克纳姆轮结构、四轮阿克曼结构中的任意一种。其中，三轮全向轮结构的底盘框架呈正三角形，并采用三个分别相隔120°的驱动轮进行驱动，进而实现全方位的移动。四轮差速结构与常规四轮车辆的结构相似，但是四个车辆分别采用独立的动力源进行驱动，因而可以利用不同轮之间的差速运转实现灵活的转向。四轮十字型全向轮结构是将对角线的驱动轮按照相互垂直的形式排列，然后由独立的动力源进行驱动，除十字形外，这种轮式结构也可以排列成X型。四轮阿克曼结构是常规后驱车辆的结构，采用的是前轮转向，后轮驱动的模型，这类底盘虽然具备全向通过性，但是无法实现侧向移动，不过四轮阿克曼结构仍是技术最为成熟可靠的结构。四轮麦克纳姆轮结构则是一种新的可以实现原地转弯的万向轮结构。本实施例将其应用到组合式运管机器人中，将可以大幅提升机器人对狭窄空间的适应性。

机架2竖直安装在运动底盘1的上方；结合图2可知，本实施例中提供的机架2整体呈箱型，机架2内至少包括一个设备安装腔，以及位于机架2一侧的设备安装面。在机架2中设备安装面的纵向中线位置设有一条滑槽21，在滑槽21的左右两侧分别设有一个纵向延伸的长条形梁槽23和一个方形凹槽22；其中，梁槽23的顶部与设备安装腔联通。而梁槽23的其他部分以及凹槽22均不与设备安装腔连通。需要说明的是，采用箱型机架2仅仅是本实施例中提供的一种机架2的结构型式，这种箱式结构可以提供一个封闭的设备安装空间，进而对内部的机电设备起到防护作用。但是在其他实施例中，机架2也可以根据需要采用框架结构，这些不同结构的机架2均不会最终影响组合式运管机器人的管道搬运性能。

升降机构3，其安装在机架2内部，升降机构3用于驱动一个夹管机构4沿竖直方向升降运动。考虑到本实施例的升降机构3需要实现对大型管道实现举升和下降，因而需要采用负载性能较强的设备。具体地，本实施例中的升降机构3采用液压升降机构3，同时，液压升降机构3中包括至少两根同步升降的液压油缸；在机架2中靠近液压油缸的位置设有两条位置对应的通槽24。夹管机构4上设有至少两个安装接头，在设备安装时，将夹管机构4挂载在机架2前方，然后将安装接头贯穿通槽24，并固定连接在液压油缸的端部。此时，通过液压油缸的伸缩运动可以驱动机架2前方的夹管机构4沿竖直方向进行升降运动。

夹管机构4安装在机架2的其中一侧，即对应设备安装面的一侧。夹管机构4用于抱紧待搬运的管道。如图2和图3所示，所述夹管机构4包括支撑板41、液压伸缩组件42、支撑架43，以及夹具44。其中，支撑板41靠近机架2的一面的上部设置用于与升降机构3装配的安装接头，下部固定连接有支撑架43。支撑架43包括减震支柱以及前端的轮子，减震支柱安装在支撑板41上，轮子抵入到机架2中的滑槽21内。本实施例中支撑架43的结构类似于飞机降落时机腹下方伸出的起落架，支撑架43的功能则是分担夹具44抱紧超重型管道时对支撑板41造成的压应力，避免支撑板41在使用过程中变形。液压伸缩组件42安装在支撑板41中远离机架2另一面，且液压伸缩组件42的伸缩方向垂直于支撑板41所在平面。夹具44呈开口朝外的弧面形，并安装在液压伸缩组件42的端部。

在本实施例的组合式运管机器人的使用过程中，如图4所示，任意两个单体机器人相对布置，分别通过两个夹具44从水平放置的管道两侧对其进行“抱夹”，从而将管道平稳运输到指定位置。在本实施例中，单个机器人在负载条件下，夹管机构4一侧的负载明显过大，因此在实际应用过程中很容易造成单体机器人失稳而侧翻。本实施例针对该问题特别为机器人设计了一组活动梁5，活动梁5可以将配合工作的两台组合式运管机器人连接成类似于龙门架的结构，进而保证两台组合式运管机器人在协同工作时保持稳定。本实施例设计的特殊的活动梁5的结构如下：

活动梁5包括旋转驱动组件、内梁51和外梁52。其中，内梁51呈圆柱状并固定在机架2内部的设备安装腔内，内梁51沿机架2所在平面水平向延伸。旋转驱动组件用于驱动外梁52以内梁51为轴转动。具体地，如图5所示，外梁52的上端通过环形接口521套设在内梁51上；外梁52端部的环形接口521的内圈通过轴承与内梁51可转动连接。环形接口521的外圈设置有轮齿；旋转驱动机构采用电机，电机的输出轴通过齿轮箱与环形接口521外圈上的轮齿啮合，进而驱动外梁52转动。在这一状态下，外梁52可相对内梁51进行翻转。其中，可转动的外梁52在竖直状态下收纳于梁槽23内，外梁52水平抬起时的高度与另一侧的凹槽22的高度齐平。

本实施例中的控制器包括设备控制模块与管理模块；如图6所示，设备控制模块与运动底盘1、升降机构3、夹管机构4和活动梁5电连接；进而用于控制单体机器人中运动底盘1、升降机构3、夹管机构4和活动梁5的运行状态。管理模块用于管理设备控制模块；管理模块包括遥控单元、设备配对单元和交互单元。遥控单元用于和一个遥控器进行通信连接，接受遥控器发出的控制指令；设备配对单元用于在多个单体机器人进行配对和组网，以实现对配对后多个单体机器人进行协同控制。交互单元与一个交互设备电连接，以实现单体机器人与操作人员之间的交互。

每个单体机器人中的设备配对单元包括发射机和接收机；通过发射机和接收机在不同单体机器人间完成检验信息的收发，进而完成配对。如图7所示，任意两个单体机器人的配对方法如下：

S1：管理人员指定任意一个或多个单体机器人为从机，并完成组网。

S2：从机在广播模式下通过发射机的广播信道向外发送包含各从机ID信息的请求信号。

S3：管理人员指定的主机在监听模式通过接收机监听广播信号中的请求信息；然后对接收到的请求信息进行解码和校验。

S4：在校验通过后，主机根据各个从机的ID信息向其发送从机ID信息和自身ID信息的回传信号。

S5：从机在接收到回传信号后对回传信号进行解码和验证，然后在校验通过后根据主机的ID信号向其发送确认信号。

S6：主机在接受到确认信号后进行解码和验证，并在校验成功后完成设备间的配对和组网。

配对完成后的两个单体机器人可以被同一个遥控器进行协同控制，在协同控制条件下，更容易完成管道的搬运、移位和升降等需要依赖两个单体机器人相互配合才能完成的工作。

以下通过采用由两个单体机器人构成的本实施例中组合式运管机器人，搬运一根较短的预制混凝土排水管道的应用场景，对本实施例提供的组合式运管机器人的详细工作流程进行说明。以此来表现出本案的组合式运管机器人的全新工作模式相对于传统管道吊装工作模式的优越性。具体地，本实施例的组合式运管机器人的工作流程主要包括接管、运管和放管三个主要阶段：

一、接管阶段

首先，通过吊车、叉车等大型机械设备将待铺设的管调整至水平状态，并使得管道的中间保持悬空。然后选定负载性能超出当前管道实际重量的单体机器人的型号，由操作人员驱动两个单体机器人运动至管道的两侧，并到达靠近管道中间的重心位置处。

接下来，将两个单体机器人中的活动梁5从梁槽23内水平抬起，并驱动两个单体机器人相互靠近，并调整二者到达相互镜像对称的位置。如图8所示，此时，一号单体机器人的活动梁5中外梁52的端部恰好正对二号单体机器人的机架2上的凹槽22；而二号单体机器人的活动梁5中外梁52的端部也恰好正对一号单体机器人的机架2上的凹槽22。

紧接着，由操作人员先通过升降机构3调整两个单体机器人中支撑架43以及夹具44的竖直高度，使得夹具44与悬空的管道齐平，然后再驱动两个机器人单体向彼此靠近，进而使得两个单体机器人抬起的外梁52分别插入到对方机架2的凹槽22内并锁紧。具体如图9所示，与此同时，操作人员还对两个单体机器人的夹管机构4中液压伸缩组件42的长度进行调整，以保证两个夹具44可以从管道的两侧将其完全抱紧。在夹具44抱紧管道后，由操作人员控制两个单体机器人完成配对，最后，再由吊车或叉车将管道完全释放。如图10所示，由配对后的两个单体机器人“加紧”管道；并结束接管阶段的工作任务，等待执行后续任务。

需要特别说明的是：在本实施例，两个单体机器人的配对过程主要由控制器的管理模块中的设备配对单元按照预设的程序自动完成；而配对过程的触发则由操作人员主动发起。但是在本实施例更加优化的方案中，两个单体机器人的配对过程还可以在活动梁5对接完成后自动触发。例如，在单体机器人机架2中的凹槽22内安装压力传感器或光电传感器，当另一个单体机器人的外梁52完整插入后，自动触发二者的设备间配对任务，并由操作人员任意选择其中的一台单体机器人作为主机。

二、运管阶段

上步骤配对后的两个单体机器人在“合体”后成为类似龙门架的机械，即：组合式运管机器人。组合式运管机器人中的两个夹具44将管道抱紧，并由两个机架2和活动梁5构成的“Π”型结构承担管道下压产生的载荷。

在管道运输过程，操作人员控制组合式运管机器人“跨骑”在管道沟上，由两个单体机器人的运动底盘1在管道沟两侧的沟沿上顺着管道的延伸方向同步运动，在实际应用过程，选择的单体机器人的活动梁5抬起时的长度需要大于埋设管道的管道沟的宽度。当组合式运管机器人到达预设的埋管地点后结束运管阶段的工作，等待执行后续的放管任务。

三、放管阶段

当组合式运管机器人运送管道达到预设的埋管地点后，由操作人员控制两个单体机器人液压伸缩组件42协同工作，将管道移动到管道沟中间的预设位置。例如，当需要将管道向管道沟的左侧移动时，则驱动左侧的单体机器人的液压伸缩组件42按照预设速率缩短，同时，驱动右侧的单体机器人的液压伸缩组件42同步按照相同的速率伸长。相应的，当需要向管道沟的右侧移动时，则采取相反的协同操控动作。

然后，当管道到达管道沟中间的预设位置后，控制两个单体机器人中的升降机构3同步下降，将管道下放到管道沟中的指定深度。

接下来，控制两个单体机器人的运动底盘1同步前进或后退，将管道端部与前一段的管道精准对接。最后，再控制两个单体机器人中的液压伸缩组件42同步缩短，释放两夹具44中间的管道，完成放管阶段的工作。

结合上述说明可知：本实施例中在完成管道运输与投放工作的过程，采用由两个单体机器人构成的组合式运管机器人进行管道搬运，管道运输过程由夹具44进行加紧，因此管道在移动过程可以保持相对稳定，不会发生晃动和倾斜。这降低了管道在移动过程受碰撞而损坏的风险。

管道运输过程，两个单体机器人骑跨在管道沟上，考虑到单体机器人均呈“板状”，单个单体机器人的厚度较窄，因此该管道运输设备对作业空间的要求较低，只需要在管道沟两侧对沟沿进行适当的平整和硬化或者采用钢板对沟沿进行临时铺装即可。

在这是运管机器人运输过程中，管道总是处于管道沟的正上方，因此即使发生意外导致管道脱落，管道也仅会落入到管道沟中，这降低了作业过程中与其他人员或设备发生碰撞的风险。从这一方面考虑，为了进一步降低运输过程的风险，在运管阶段，操作人员应当尽量选择将升降机构3预先降下，使得夹具44间的管道预先下沉到管道沟内，然后再控制两个单体机器人同步前进。当然，采用这一运管策略的前提是管道沟相对较直，不存在管道难以通过的转弯处的情况。如果遇到管道沟的拐弯处，则应当先将通过升降机构3将管道抬升，再对两个单体机器人的运动底盘1进行差速控制，以控制两个单体机器人构成的组合式运管机器人转弯；进而通过管道沟的拐弯处。

需要特别说明的是，本实施例主要以两个单体机器人构成的组合式运管机器人的运输状态进行说明，在其他实施例中，技术人员还可以利用更多的单体机器人组成若干个不同的组合式运管机器人，并如图11所示，从管道的不同位置对管道进行“抱夹”和搬运。

由此可见，本案提供的组合式运管机器人尤其适合对长管道进行搬运。并高效完成现有的吊装式机械完全不适合承担的工作。当然除了搬运管道以外，本实施例提供的组合式运管机器人还可以用于搬运电力工程的超长电缆，或者是桥梁工程中的超长主缆。

在本实施例中，如图12所示，外梁52中靠近旋转驱动机构的一侧设有一个垂直于外梁52延伸方向的限位块522，在外梁52处于水平状态时，限位块522抵接在机架2表面。通过外梁52端部设置的限位块522，可以有效阻碍外梁52在水平状态下继续向上翻转；进而避免由两个单体机器人构成的组合式运管机器人在负载条件下，外梁52因受压而过度翻转导致活动梁5损坏的情况；显著提高活动梁5的使用寿命。

针对运输管道这一特殊的场景，本实施例中的夹具44可以根据待运输的管道的规格而进一步设计成半圆管形或其它近似的劣弧夹片。两个夹具44水平放置，组合后则可以形成与待运输的管道的外径相匹配的管状夹具44。本实施例为了使得单个夹具44可以适用于规格相近的不同管道，夹具44的开口内侧还阵列分布有多个用于“咬紧”待搬运管道的柱状齿牙；柱状齿牙的顶部设有柔性胶套。

在夹具44的某些柱状齿牙中还设置有第二压力传感器，第二压力传感器用于测量夹具44与管道间的压应力大小。在管道运输和平移过程中，控制器获取两个对应夹具44上的第二压力传感器的检测数据，并判断两个夹具44上的数据波动是否在预设的正常范围内，当数据的最大偏差处于正常范围内，则确定管道夹持状态正常，否则判断管道夹持状态异常，并发出警报。

当然，在实际应用过程中，液压伸缩组件42和夹具44之间可以采用类似于挖掘机铲斗的可拆卸结构，以实现在不同应用场景下，根据待运输的管道的规格对同一个单体机器人中的夹具44进行适应性更换。

在本实施例的实际方案中，夹管机构4中的支撑板41采用了“L”型折弯的一体式金属板材，包括水平板和竖直板。水平板位于竖直板的上部且端部连接有安装接头；竖直板背面的底部连接有支撑架43，支撑架43抵入到机架2中的滑槽21内时；竖直板的板面保持竖直状态。液压伸缩组件42和夹具44的组合体固定在竖直板的正面。

本实施例中采用L型支撑板41的原因在于：这可以使得夹具44相对机架2更加靠内，从而实现在保持机架2位于管道沟上沿的状态下，让夹具44和管道更加靠近管道沟的中央。这为管道埋设过程中，实现管道沿管道沟侧向进行平移运动预留了足够的操作空间。

本实施例中每个单体机器人的外梁52抬起并插入到对向的单体机器人的凹槽22中之后，可以在机架2和外梁52上设计位置对应的通孔，然后利用连接销等紧固件对二者进行临时固定。以避免二者在使用过程中脱落。

但是在更优化的方案中，技术人员还可以通过磁力锁的方式对二者的连接状态进行适应性调整。通过磁力锁来对一号单体机器的机架2和二号单体机器人的外梁52进行固定，这相对普通的销连接而言更加便捷。磁力锁方案的设计具体如下：

在机架2的凹槽22中分别设置有磁力锁的电磁锁体和压力传感器；活动梁5中外梁52的端部设有位置相对的锁扣板。锁体和压力传感器均与设备控制模块电连接。当任意两个单体机器人协同工作时，各自的活动梁5水平抬起并插入到对方机架2中的凹槽22内。当任意单体机器人的设备控制模块同时接受到压力传感器的压力信号以及电磁锁体的启动指令时，磁力锁的电磁锁体开启并与另一台单体机器人活动梁5上的锁扣板吸附并锁死。当任意单体机器人的电磁锁体接收到设备控制模块下发的关闭指令时，磁力锁的电磁锁体关闭并释放锁扣板。当然，考虑的销连接相对磁力锁而言更加可靠，在实际的产品中，也可以选择同时采用磁力锁和销连接构成冗余设计，进一步提高产品的可靠性。

在本实施例的产品方案中，单体机器人中还包括或连接有一个交互设备，交互设备包括用于实现人机交互的键盘和显示器；键盘用于向单体机器人输入人工控制指令，显示器用于显示单体机器人的控制信息和状态信息。此外，作为进一步的改进，每个单体机器人还配备了一个遥控器，遥控器用于同步控制作为主机的单体机器人以及作为从机与主机配对的其他单体机器人的运行状态。

在本实施例提供的单体机器人配对、变形、“合体”等动作中，很多任务需要依赖操作人员发出相关的指令，因此本实施例在每个单体机器人上配置了相关的交互设备和遥控器。交互设备中集成有包含显示器、键盘、麦克风、扬声器等组件，遥控器中则包含操纵杆、显示模块、扬声器、振动电机等组件，以便操作人员利用这些I/O设备对单体机器人活组合式运管机器人进行操纵。

在本实施例更优化的方案中，机架2的周向还设置有用于采集行进方向前方以及下方画面的摄像头，遥控器中包含有显示模块，摄像头采集到的画面同步传输到单体机器人连接的遥控器的显示模块上。本实施例在遥控器和单体机器人间设计了相关的图传系统，图传系统的设计可以直接采用目前无人机厂商普遍采用的已经非常成熟的解决方案，无需重新进行软硬件系统的开发。

在本实施例更加优化的方案中，运动底盘1中还安装GPS定位模块以及基于陀螺仪和加速度计的惯性导航模块；控制器结合GPS定位模块和惯性导航模块实现对运管机器人的运动状态进行精准控制。在前述的常规方案中，组合式运管机器人的行走主要由操作人员通过遥控器进行操纵。而在增加定位和导航相关的功能模块后，技术人员还可以为每个运管机器人预先设计相应的行走路线，然后由组合式机器人自动按照预设的路径到达目的地，完成管道运输工作。

以上所述实施例仅表达了本发明的其中一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种组合式运管机器人，其特征在于：其由至少两个单体机器人组装而成，每个单体机器人包括：

运动底盘，其作为所述单体机器人的行走机构；

机架，其竖直安装在所述运动底盘上方；在所述机架中的纵向中线位置设有一条滑槽，在滑槽的左右两侧分别设有一个纵向延伸的长条形梁槽和一个方形凹槽；

升降机构，其安装在所述机架内部，所述升降机构用于驱动一个夹管机构沿竖直方向升降运动；

夹管机构，其安装在机架的其中一侧，用于抱紧待搬运的管道；所述夹管机构包括支撑板、液压伸缩组件、支撑架，以及夹具；所述支撑板其中一面的上部设置用于与所述升降机构装配的安装接头，下部固定连接有支撑架；所述支撑架包括减震支柱以及前端的轮子，所述减震支柱安装在支撑板上，轮子抵入到机架中的滑槽内；所述液压伸缩组件安装在支撑板另一面，且伸缩方向垂直于所述支撑板所在平面；所述夹具呈开口朝外的弧面形，并安装在液压伸缩组件的端部；

活动梁，其包括旋转驱动组件、内梁和外梁；所述内梁呈圆柱状且安装在机架内部，并沿机架所在平面水平延伸；所述外梁的上端通过环形接口套设在内梁上；所述旋转驱动组件用于驱动所述外梁以所述内梁为轴转动；所述外梁在竖直状态下收纳于所述梁槽内，所述外梁水平抬起时的高度与另一侧的凹槽齐平；

控制器，其包括设备控制模块与管理模块；所述设备控制模块与运动底盘、升降机构、夹管机构和活动梁电连接，进而用于控制单体机器人中运动底盘、升降机构、夹管机构和活动梁的运行状态；所述管理模块用于管理设备控制模块；所述管理模块包括遥控单元、设备配对单元和交互单元；所述遥控单元用于和一个遥控器进行通信连接，接受遥控器发出的控制指令；所述设备配对单元用于在多个单体机器人进行配对和组网，以实现对配对后多个单体机器人进行协同控制；所述交互单元与一个交互设备电连接，以实现单体机器人与操作人员之间的交互。

2.根据权利要求1所述的组合式运管机器人，其特征在于：所述运动底盘选择采用轮式底盘或履带式底盘；其中，轮式底盘采用驱动结构包括三轮全向轮结构、四轮差速结构、四轮十字型全向轮结构、四轮麦克纳姆轮结构、四轮阿克曼结构中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的组合式运管机器人，其特征在于：所述升降机构采用液压升降机构，液压升降机构中包括至少两根同步升降的液压油缸；在所述机架中靠近液压油缸的位置设有两条对应的通槽；所述夹管机构上的安装接头贯穿所述通槽，并固定连接在液压油缸的端部。

4.根据权利要求1所述的组合式运管机器人，其特征在于：在所述活动梁中，外梁端部的环形接口的内圈通过轴承与内梁可转动连接；环形接口的外圈设置有轮齿；所述旋转驱动机构采用电机，电机的输出轴通过齿轮箱与环形接口外圈上的轮齿啮合，进而驱动所述外梁转动。

5.根据权利要求4所述的组合式运管机器人，其特征在于：所述外梁中靠近旋转驱动机构的一侧设有一个垂直于外梁延伸方向的限位块，在所述外梁处于水平状态时，所述限位块抵接在机架表面；

且/或

所述夹具呈水平放置的半圆管形，夹具的开口内侧阵列分布有多个用于“咬紧”待搬运管道的柱状齿牙；所述柱状齿牙的顶部设有柔性胶套；

且/或

所述柱状齿牙端部设置第二压力传感器，第二压力传感器与控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的组合式运管机器人，其特征在于：所述夹管机构中的支撑板采用“L”型折弯的一体式金属板材，包括水平板和竖直板；所述水平板位于竖直板的上部且端部连接有安装接头；竖直板背面的底部连接有所述支撑架，所述支撑架抵入到机架中的滑槽内时；竖直板的板面保持竖直状态，所述液压伸缩组件和夹具的组合体固定在竖直板的正面。

7.根据权利要求1所述的组合式运管机器人，其特征在于：在所述机架的凹槽中分别设置有磁力锁的电磁锁体和压力传感器；所述活动梁中外梁的端部设有位置相对的锁扣板；所述锁体和压力传感器均与所述设备控制模块电连接；

任意两个单体机器人协同工作时，各自的活动梁水平抬起并插入到对方机架中的凹槽内；当任意单体机器人的设备控制模块同时接受到压力传感器的压力信号以及电磁锁体的启动指令时，磁力锁的电磁锁体开启并与另一台单体机器人活动梁上的锁扣板吸附并锁死；当任意单体机器人的电磁锁体接收到设备控制模块下发的关闭指令时，磁力锁的电磁锁体关闭并释放锁扣板。

8.根据权利要求7所述的组合式运管机器人，其特征在于：所述单体机器人中还包括或连接有一个交互设备，所述交互设备包括用于实现人机交互的键盘和显示器；所述键盘用于向单体机器人输入人工控制指令，所述显示器用于显示单体机器人的控制信息和状态信息；

且/或

所述单体机器人中还包括或连接有一个遥控器，所述遥控器用于同步控制作为主机的单体机器人以及作为从机与主机配对的其他单体机器人的运行状态；

且/或

所述机架的周向还设置有用于采集行进方向前方以及下方画面的摄像头，所述遥控器中包含有显示模块，所述摄像头采集到的画面同步传输到单体机器人连接的遥控器的显示模块上。

9.根据权利要求8所述的组合式运管机器人，其特征在于：所述设备配对单元包括发射机和接收机；通过发射机和接收机在不同单体机器人间完成检验信息的收发，进而完成配对；任意两个单体机器人的配对方法如下：

S1：管理人员指定任意一个或多个单体机器人为从机，并完成组网；

S2：从机在广播模式下通过发射机的广播信道向外发送包含各从机ID信息的请求信号；

S3：管理人员指定的主机在监听模式通过接收机监听广播信号中的请求信息；然后对接收到的请求信息进行解码和校验；

S4：在校验通过后，主机根据各个从机的ID信息向其发送从机ID信息和自身ID信息的回传信号；

S5：从机在接收到回传信号后对回传信号进行解码和验证，然后在校验通过后根据主机的ID信号向其发送确认信号；

S6：主机在接受到确认信号后进行解码和验证，并在校验成功后完成设备间的配对和组网。

10.根据权利要求1所述的组合式运管机器人，其特征在于：所述运动底盘中还安装GPS定位模块以及基于陀螺仪和加速度计的惯性导航模块；所述控制器结合GPS定位模块和惯性导航模块实现对运管机器人的运动状态进行精准控制。