CN116857483B - 一种管道变径自适应智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道巡检技术领域，具体是指一种管道变径自适应智能巡检机器人，包括整合连接套筒、全景摄像机构、自变径动力行走机构、自变径从动机构、前梁和后梁，全景摄像机构设于整合连接套筒内，前梁设于全景摄像机构的侧端，后梁设于全景摄像机构远离前梁的一端，自变径动力行走机构设于前梁上，自变径从动机构设于后梁上。本发明通过自变径动力行走机构，可以保证前轮和后轮始终贴合在管道内壁上，使前置叉形支架和后置叉形支架根据管径进行自动调节，保证全景摄像机构始终处于管道内壁中心位置，便于巡检作业，当设备从大管径向小管径中行走时，前收拢防撞组件和后收拢防撞组件可以起到保护防止撞击的效果。

Description

一种管道变径自适应智能巡检机器人

技术领域

本发明属于管道巡检技术领域，具体是指一种管道变径自适应智能巡检机器人。

背景技术

在主管线分出支管线后，流量管道产生流量变化时，主管线流量减少，为了保证流量和压力也要相应变化，通常需要对管路进行变径处理，比如城市输水管道或燃气管道中，变径管十分常见。

然而，在对管道进行定期巡检时，管道变径部位往往会限制巡检机器人的运行。目前，市场上多采用CCTV管道巡检机器人进行巡检作业，CCTV管道巡检机器人多是下部为行走单元，上部为变幅臂的结构，行走单元在管道底壁行走，通过扬起或降低变幅壁，对管道内壁观察作业，所以变幅臂越长，作业范围越大，又因设备平衡性问题，变幅臂的长度本身存在局限性，且行走单元在底壁而不是在管道中心，更进一步限制了设备的作业范围，CCTV管道巡检机器人需要根据不同管径选择不同尺寸的机器人进行作业，管径变化较大时，CCTV管道巡检机器人的变幅臂和摄像头的高度已无法满足作业需求，因此，在管道巡检作业中，往往需要配备不同规格的CCTV管道巡检机器人，十分不便，常用的CCTV管道巡检机器人已无法满足输气输水管道变径部位的检测。

同时，在管道巡检作业中，CCTV管道巡检机器人需要操作者根据目视，随时调整变幅臂的扬起角度，防止出现撞击等事故，无法进行自主调节，也十分不便。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种可以在管道中心作业、能够根据管径自动调整设备高度的，且具有防撞击保护效果的管道变径自适应智能巡检机器人，本发明通过自变径动力行走机构，可以保证前轮和后轮始终贴合在管道内壁上，使前置叉形支架和后置叉形支架根据管径进行自动调节，保证全景摄像机构始终处于管道内壁中心位置，便于巡检作业，当设备从大管径向小管径中行走时，前收拢防撞组件和后收拢防撞组件可以起到保护防止撞击的效果。

本发明采取的技术方案如下：本发明提出的一种管道变径自适应智能巡检机器人，包括整合连接套筒、全景摄像机构、自变径动力行走机构、自变径从动机构、前梁和后梁，所述全景摄像机构设于整合连接套筒内，整合连接套筒用于将全景摄像机构首尾两端固定连接，所述前梁设于全景摄像机构的侧端，所述后梁设于全景摄像机构远离前梁的一端，所述自变径动力行走机构设于前梁上，所述自变径从动机构设于后梁上，自变径动力行走机构用于对设备提供前进动力，并可以根据管道内壁进行自适应变化，同时保护设备前进，防止产生撞击，而自变径从动机构主要起到支撑和防撞击的作用，设备前进时，自变径动力行走机构承担防撞击的作用，设备回返时，自变径从动机构承担防撞击的作用。

进一步地，所述前梁包括前支板、前圆盘支架、前立架、正多边定位块和前伸缩杆，所述前支板设于整合连接套筒内，所述前圆盘支架设于前支板中部上壁，前支板的两侧为圆弧状，圆弧半径与前圆盘支架相同，所述前立架设于前支板远离整合连接套筒的一端，所述正多边定位块设于前立架靠近前圆盘支架一端的侧壁上，所述前伸缩杆设于前立架远离前圆盘支架一端的侧壁上，所述后梁包括后支板、后圆盘支架、后立架、定心顶柱和后伸缩杆，所述后支板设于整合连接套筒内远离前支板的一侧，所述后圆盘支架设于后支板中部上壁，后支板的两侧为圆弧状，圆弧半径与后圆盘支架相同，所述后立架设于后支板远离整合连接套筒的一端，所述定心顶柱设于后立架靠近后圆盘支架一端的侧壁上，所述后伸缩杆设于后立架远离后圆盘支架一端的侧壁上，前梁用于支撑自变径动力行走机构，后梁用于支撑自变径从动机构。

进一步地，所述全景摄像机构包括前置密封套筒、后置密封套筒、电机法兰、无刷云台电机、连接法兰、驱动轮、云台旋转盘、导电滑环和滑环安装法兰，所述前置密封套筒的内壁设于前圆盘支架的圆周侧壁上，所述前置密封套筒的外壁设于整合连接套筒内，所述后置密封套筒的内壁设于后圆盘支架的圆周侧壁上，所述后置密封套筒的外壁设于整合连接套筒内远离前置密封套筒的一端，所述电机法兰设于前支板上壁，所述无刷云台电机设于电机法兰上，所述连接法兰设于无刷云台电机上，所述驱动轮设于连接法兰上，所述云台旋转盘啮合连接设于驱动轮上，所述云台旋转盘的侧壁与前置密封套筒和后置密封套筒之间转动连接，所述滑环安装法兰设于后支板上，所述导电滑环设于滑环安装法兰上，所述云台旋转盘面向驱动轮的一侧设有内齿，内齿与驱动轮啮合传动，所述云台旋转盘面向导电滑环的一侧设有线束孔，所述线束孔内设有摄像头，摄像头通过线束孔和导电滑环与外部控制线路板连接，用于控制摄像头，同时还保证摄像头跟随云台旋转盘转动时不会发生缠绕。

进一步地，所述自变径动力行走机构包括主动力电机、前置支撑套筒、传动杆、前变径调整组件、变角动力传递组件和前收拢防撞组件，所述主动力电机设于前支板上，主动力电机用于提供设备前进或返回的动力，所述前置支撑套筒贯穿设于前圆盘支架中心，所述传动杆贯穿前置支撑套筒中心设于主动力电机的输出端，所述前变径调整组件设于前置支撑套筒上，前变径调整组件可以根据管径自动调整设备高度半径，所述变角动力传递组件设于传动杆上，所述前收拢防撞组件设于前伸缩杆上，前收拢防撞组件用于应对管径变小时的工况，防止前变径调整组件撞击在管道变径处的台阶上；所述前变径调整组件包括前置压簧、前置推环、前置叉形支架、前轮和前置轮轴，所述前置压簧套设于前置支撑套筒上，所述前置推环滑动套设于前置支撑套筒上，所述前置压簧连接设于前圆盘支架和前置推环之间，前置压簧始终将前置推环向远离前圆盘支架的方向推动，所述前置叉形支架圆周阵列铰接设于前置推环上，所述前置轮轴贯穿设于前置叉形支架远离前置推环的一端，所述前轮对称设于前置轮轴的两端。

进一步地，所述变角动力传递组件包括齿轮盘、一级从动轮、万向杆一、万向杆二、二级从动轮和三级从动轮，所述齿轮盘设于传动杆上，所述齿轮盘与正多边定位块同轴，所述一级从动轮多组圆周阵列啮合设于齿轮盘上，所述万向杆一贯穿一级从动轮铰接设于正多边定位块上，万向杆一与一级从动轮键连接，所述万向杆二与万向杆一万向连接，所述二级从动轮设于万向杆二上，所述三级从动轮啮合设于二级从动轮上，所述三级从动轮设于前置轮轴上，主动力电机通过传动杆驱动齿轮盘转动，齿轮盘再驱动一级从动轮转动，一级从动轮通过万向杆一和万向杆二驱动二级从动轮转动，最后通过与其啮合的三级从动轮驱动前置轮轴上的前轮转动，从而使设备前进或后退；同时，所述万向杆二上滑动设有弯套管，弯套管不跟随万向杆二转动，所述弯套管上设有滑动套管，所述滑动套管铰接设于前置轮轴上，万向杆二通过弯套管和滑动套管又对前置轮轴起到了支撑和限位的作用，当前置压簧向外推动前置推环时，与前置推环铰接的前置叉形支架受到弯套管和滑动套管的限制作用，会扬起较大角度，使万向杆二与万向杆一之间的角度增大，从而使前轮与齿轮盘中心的间距增大，直至前轮与管道内壁接触后停止，此时，前轮自动调整为适应管道管径的状态。

进一步地，所述前收拢防撞组件包括前收拢导向架、顶端推环和前滚轮，所述前收拢导向架铰接设于前置轮轴上，所述顶端推环的边缘铰接设于前收拢导向架的底部，所述顶端推环的中心固定设于前伸缩杆的顶端位置，所述前收拢导向架中部设有轮槽，所述前收拢导向架顶端设有过渡弧面，所述前收拢导向架顶端与过渡弧面相反一侧设有铰接凸点，铰接凸点使前收拢导向架与前置轮轴铰接，同时又避免与二级从动轮干涉，所述前滚轮多组阵列铰接设于轮槽内，前滚轮用于与管道内壁台阶处接触，使设备在台阶处自然顺滑过渡，以防止设备产生撞击，优选地，所述过渡弧面的半径与前轮相同，以便在管道管径变小处更好地与前轮衔接。

进一步地，所述自变径从动机构包括后置支撑套筒、后变径调整组件和后收拢防撞组件，所述后置支撑套筒贯穿后圆盘支架套设于定心顶柱靠近后圆盘支架的一端，所述后变径调整组件设于后置支撑套筒上，所述后收拢防撞组件设于后伸缩杆上，所述后变径调整组件包括后置压簧、后置推环、后置叉形支架、变幅定位盘、后轮、后置轮轴和曲臂变幅杆，所述后置压簧套设于后置支撑套筒上，所述后置推环滑动套设于后置支撑套筒上，所述后置压簧连接设于后圆盘支架和后置推环之间，后置压簧始终将后置推环向远离后圆盘支架的方向拉推动，所述后置叉形支架圆周阵列铰接设于后置推环上，所述后置轮轴贯穿设于后置叉形支架远离后置推环的一端，所述后轮对称设于后置轮轴的两端，所述变幅定位盘固定设于定心顶柱远离后圆盘支架的一端，所述变幅定位盘上圆周阵列设有凸出耳板，所述曲臂变幅杆圆周阵列铰接设于凸出耳板上，所述曲臂变幅杆远离凸出耳板的一端铰接设于后置轮轴上；所述后收拢防撞组件包括末端推环、后滚轮和后收拢导向架，所述末端推环的中心贯穿设于后伸缩杆的末端，所述后收拢导向架圆周阵列铰接设于末端推环的边缘处，所述后收拢导向架远离末端推环的一端铰接设于后置轮轴上，所述后滚轮多组阵列设于后收拢导向架中部，自变径从动机构的半径调整和防撞功能的原理与自变径动力行走机构的相同，后收拢防撞组件的设置可以使设备在回返时，也能够起到保护作用，使设备往返行程中均受到防撞保护。

采用上述结构本发明取得的有益效果如下：

1、前置叉形支架铰接在前置推环上，前置推环始终被前置压簧向外推动，从而将前置叉形支架的底部向外侧推动，前置叉形支架与前轮铰接的一端又受到万向杆二上的弯套管和滑动套管的支撑作用，从而使前置叉形支架张起，直至前轮贴在管道壁上为止，从而实现了前变径调整组件根据管径变化自动调整行走作业半径的效果；

2、变角动力传递组件通过齿轮盘驱动一级从动轮转动，再由万向杆一和万向杆二等传动部件，驱动前轮转动，从而使前变径调整组件半径变化时，前轮也能够获得动力，并实时转动；

3、前收拢防撞组件上的前收拢导向架与前置轮轴铰接，当管道管径变小时，前收拢导向架上的前滚轮与管道内壁相接触，并产生滚动效果，前滚轮会带动前收拢导向架收拢，从而带动前置叉形支架收拢，使前轮作业半径降低，直至与变窄处管道的管径相贴合，避免前置叉形支架直接撞击在变窄处的管道上，实现无撞击自动调整作业半径的效果；

4、全景摄像机构通过转动连接在前置密封套筒和后置密封套筒上的云台旋转盘，实现360度管道全景巡检，再利用导电滑环与云台旋转盘配合，使摄像头能够自由旋转，不会产生线束缠绕，摄像头始终在管道中心区域的固定半径上运动，摄像头不会因管径变化产生偏移；

5、自变径动力行走机构的前收拢防撞组件和自变径从动机构的后收拢防撞组件可以使设备在前进或回返时，均能够起到保护设备的效果，避免出现撞击现象。

附图说明

图1为本发明提出的一种管道变径自适应智能巡检机器人的结构示意图；

图2为前梁和后梁的相对位置的断裂示意图；

图3为整合连接套筒的结构示意图；

图4为全景摄像机构的爆炸图；

图5为本发明提出的一种管道变径自适应智能巡检机器人的局部剖视图；

图6为图5中I部分的放大图；

图7为自变径动力行走机构的结构示意图；

图8为变角动力传递组件的结构示意图；

图9为图7中II部分的放大图；

图10为自变径从动机构的其中一组后收拢防撞组件的结构示意图；

图11为前收拢导向架的结构示意图；

图12为变幅定位盘的结构示意图；

图13为云台旋转盘的剖视图。

1、整合连接套筒，2、全景摄像机构，3、自变径动力行走机构，4、自变径从动机构，5、前梁，6、后梁，7、前支板，8、前圆盘支架，9、前立架，10、正多边定位块，11、前伸缩杆，12、后支板，13、后圆盘支架，14、后立架，15、定心顶柱，16、后伸缩杆，17、前置密封套筒，18、后置密封套筒，19、电机法兰，20、无刷云台电机，21、连接法兰，22、驱动轮，23、云台旋转盘，24、摄像头，25、导电滑环，26、滑环安装法兰，27、主动力电机，28、前置支撑套筒，29、传动杆，30、前变径调整组件，31、变角动力传递组件，32、前收拢防撞组件，33、前置压簧，34、前置推环，35、前置叉形支架，36、前轮，37、前置轮轴，38、齿轮盘，39、一级从动轮，40、万向杆一，41、万向杆二，42、二级从动轮，43、三级从动轮，44、前收拢导向架，45、顶端推环，46、前滚轮，47、后置支撑套筒，48、后置压簧，49、后置推环，50、后置叉形支架，51、变幅定位盘，52、后轮，53、后置轮轴，54、曲臂变幅杆，55、后变径调整组件，56、末端推环，57、后滚轮，58、后收拢导向架，59、后收拢防撞组件，60、铰接凸点，61、过渡弧面，62、轮槽，63、凸出耳板，64、线束孔，65、内齿，66、弯套管，67、滑动套管。

附图用来提供对本发明的进一步理解，且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示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。

如图1和图3所示，本发明提出的一种管道变径自适应智能巡检机器人，包括整合连接套筒1、全景摄像机构2、自变径动力行走机构3、自变径从动机构4、前梁5和后梁6，全景摄像机构2设于整合连接套筒1内，整合连接套筒1用于将全景摄像机构2首尾两端固定连接，前梁5设于全景摄像机构2的侧端，后梁6设于全景摄像机构2远离前梁5的一端，自变径动力行走机构3设于前梁5上，自变径从动机构4设于后梁6上，自变径动力行走机构3用于对设备提供前进动力，并可以根据管道内壁进行自适应变化，同时保护设备前进，防止产生撞击，而自变径从动机构4主要起到支撑和防撞击的作用，设备前进时，自变径动力行走机构3承担防撞击的作用，设备回返时，自变径从动机构4承担防撞击的作用。

如图2所示，前梁5包括前支板7、前圆盘支架8、前立架9、正多边定位块10和前伸缩杆11，前支板7设于整合连接套筒1内，前圆盘支架8设于前支板7中部上壁，前支板7的两侧为圆弧状，圆弧半径与前圆盘支架8相同，前立架9设于前支板7远离整合连接套筒1的一端，正多边定位块10设于前立架9靠近前圆盘支架8一端的侧壁上，前伸缩杆11设于前立架9远离前圆盘支架8一端的侧壁上，后梁6包括后支板12、后圆盘支架13、后立架14、定心顶柱15和后伸缩杆16，后支板12设于整合连接套筒1内远离前支板7的一侧，后圆盘支架13设于后支板12中部上壁，后支板12的两侧为圆弧状，圆弧半径与后圆盘支架13相同，后立架14设于后支板12远离整合连接套筒1的一端，定心顶柱15设于后立架14靠近后圆盘支架13一端的侧壁上，后伸缩杆16设于后立架14远离后圆盘支架13一端的侧壁上，前梁5用于支撑自变径动力行走机构3，后梁6用于支撑自变径从动机构4。

如图2、图4、图5、图6和图13所示，全景摄像机构2包括前置密封套筒17、后置密封套筒18、电机法兰19、无刷云台电机20、连接法兰21、驱动轮22、云台旋转盘23、导电滑环25和滑环安装法兰26，前置密封套筒17的内壁设于前圆盘支架8的圆周侧壁上，前置密封套筒17的外壁设于整合连接套筒1内，后置密封套筒18的内壁设于后圆盘支架13的圆周侧壁上，后置密封套筒18的外壁设于整合连接套筒1内远离前置密封套筒17的一端，电机法兰19设于前支板7上壁，无刷云台电机20设于电机法兰19上，连接法兰21设于无刷云台电机20上，驱动轮22设于连接法兰21上，云台旋转盘23啮合连接设于驱动轮22上，云台旋转盘23的侧壁与前置密封套筒17和后置密封套筒18之间转动连接，滑环安装法兰26设于后支板12上，导电滑环25设于滑环安装法兰26上，云台旋转盘23面向驱动轮22的一侧设有内齿65，内齿65与驱动轮22啮合传动，云台旋转盘23面向导电滑环25的一侧设有线束孔64，线束孔64内设有摄像头24，摄像头24通过线束孔64和导电滑环25与外部控制线路板连接，用于控制摄像头24，同时还保证摄像头24跟随云台旋转盘23转动时不会发生缠绕。

如图7所示，自变径动力行走机构3包括主动力电机27、前置支撑套筒28、传动杆29、前变径调整组件30、变角动力传递组件31和前收拢防撞组件32，主动力电机27设于前支板7上，主动力电机27用于提供设备前进或返回的动力，前置支撑套筒28贯穿设于前圆盘支架8中心，传动杆29贯穿前置支撑套筒28中心设于主动力电机27的输出端，前变径调整组件30设于前置支撑套筒28上，前变径调整组件30可以根据管径自动调整设备高度半径，变角动力传递组件31设于传动杆29上，前收拢防撞组件32设于前伸缩杆11上，前收拢防撞组件32用于应对管径变小时的工况，防止前变径调整组件30撞击在管道变径处的台阶上；前变径调整组件30包括前置压簧33、前置推环34、前置叉形支架35、前轮36和前置轮轴37，前置压簧33套设于前置支撑套筒28上，前置推环34滑动套设于前置支撑套筒28上，前置压簧33连接设于前圆盘支架8和前置推环34之间，前置压簧33始终将前置推环34向远离前圆盘支架8的方向推动，前置叉形支架35圆周阵列铰接设于前置推环34上，前置轮轴37贯穿设于前置叉形支架35远离前置推环34的一端，前轮36对称设于前置轮轴37的两端。

如图8-图10所示，变角动力传递组件31包括齿轮盘38、一级从动轮39、万向杆一40、万向杆二41、二级从动轮42和三级从动轮43，齿轮盘38设于传动杆29上，齿轮盘38与正多边定位块10同轴，一级从动轮39多组圆周阵列啮合设于齿轮盘38上，万向杆一40贯穿一级从动轮39铰接设于正多边定位块10上，万向杆一40与一级从动轮39键连接，万向杆二41与万向杆一40万向连接，二级从动轮42设于万向杆二41上，三级从动轮43啮合设于二级从动轮42上，三级从动轮43设于前置轮轴37上，主动力电机27通过传动杆29驱动齿轮盘38转动，齿轮盘38再驱动一级从动轮39转动，一级从动轮39通过万向杆一40和万向杆二41驱动二级从动轮42转动，最后通过与其啮合的三级从动轮43驱动前置轮轴37上的前轮36转动，从而使设备前进或后退；同时，万向杆二41上滑动设有弯套管66，弯套管66不跟随万向杆二41转动，弯套管66上设有滑动套管67，滑动套管67铰接设于前置轮轴37上，万向杆二41通过弯套管66和滑动套管67又对前置轮轴37起到了支撑和限位的作用，当前置压簧33向外推动前置推环34时，与前置推环34铰接的前置叉形支架35受到弯套管66和滑动套管67的限制作用，会扬起较大角度，使万向杆二41与万向杆一40之间的角度增大，从而使前轮36与齿轮盘38中心的间距增大，直至前轮36与管道内壁接触后停止，此时，前轮36自动调整为适应管道管径的状态。

如图1、图2、图7、图9和图11所示，前收拢防撞组件32包括前收拢导向架44、顶端推环45和前滚轮46，前收拢导向架44铰接设于前置轮轴37上，顶端推环45的边缘铰接设于前收拢导向架44的底部，顶端推环45的中心固定设于前伸缩杆11的顶端位置，前收拢导向架44中部设有轮槽62，前收拢导向架44顶端设有过渡弧面61，前收拢导向架44顶端与过渡弧面61相反一侧设有铰接凸点60，铰接凸点60使前收拢导向架44与前置轮轴37铰接，同时又避免与二级从动轮42干涉，前滚轮46多组阵列铰接设于轮槽62内，前滚轮46用于与管道内壁台阶处接触，使设备在台阶处自然顺滑过渡，以防止设备产生撞击，优选地，过渡弧面61的半径与前轮36相同，以便在管道管径变小处更好地与前轮36衔接。

如图2、图10和图12所示，自变径从动机构4包括后置支撑套筒47、后变径调整组件55和后收拢防撞组件59，后置支撑套筒47贯穿后圆盘支架13套设于定心顶柱15靠近后圆盘支架13的一端，后变径调整组件55设于后置支撑套筒47上，后收拢防撞组件59设于后伸缩杆16上，后变径调整组件55包括后置压簧48、后置推环49、后置叉形支架50、变幅定位盘51、后轮52、后置轮轴53和曲臂变幅杆54，后置压簧48套设于后置支撑套筒47上，后置推环49滑动套设于后置支撑套筒47上，后置压簧48连接设于后圆盘支架13和后置推环49之间，后置压簧48始终将后置推环49向远离后圆盘支架13的方向推动，后置叉形支架50圆周阵列铰接设于后置推环49上，后置轮轴53贯穿设于后置叉形支架50远离后置推环49的一端，后轮52对称设于后置轮轴53的两端，变幅定位盘51固定设于定心顶柱15远离后圆盘支架13的一端，变幅定位盘51上圆周阵列设有凸出耳板63，曲臂变幅杆54圆周阵列铰接设于凸出耳板63上，曲臂变幅杆54远离凸出耳板63的一端铰接设于后置轮轴53上；后收拢防撞组件59包括末端推环56、后滚轮57和后收拢导向架58，末端推环56的中心贯穿设于后伸缩杆16的末端，后收拢导向架58圆周阵列铰接设于末端推环56的边缘处，后收拢导向架58远离末端推环56的一端铰接设于后置轮轴53上，后滚轮57多组阵列设于后收拢导向架58中部，自变径从动机构4的半径调整和防撞功能的原理与自变径动力行走机构3的相同，后收拢防撞组件59的设置可以使设备在回返时，也能够起到保护作用，使设备往返行程中均受到防撞保护。

具体使用时，先下压前置叉形支架35和后置叉形支架50，使自变径动力行走机构3和自变径从动机构4处于收拢状态，然后将设备放在管道内。

在没有外力作用时，前置压簧33向外推动前置推环34，前置叉形支架35受万向杆一40、万向杆二41、弯套管66和滑动套管67的限制，无法向下趴下，只能绕着与前置推环34铰接处旋转，并使前置叉形支架35顶端扬起，从而使前置叉形支架35两侧的前轮36抬起，直至前轮36贴合在管道内壁上，当前轮36贴合在管道壁上时，前置压簧33无法再推动前置叉形支架35，前置叉形支架35角度位置固定，不再移动；自变径从动机构4的后置叉形支架50与后置推环49，在后置压簧48的作用下进行与前置叉形支架35相同的变化，从而使后轮52与管道内壁贴合，至此，设备完成对管道管径的自适应调整，使前轮36和后轮52可自动贴合在管道内壁上行走作业。

然后启动主动力电机27，主动力电机27通过传动杆29驱动齿轮盘38转动，齿轮盘38通过一级从动轮39驱动万向杆一40转动，万向杆一40再通过万向杆二41和二级从动轮42，驱动三级从动轮43转动，从而使前轮36转动，前轮36驱动设备在管道内前进或后退，对管道进行内部巡检。

在设备行走过程中，无刷云台电机20开始工作，无刷云台电机20通过驱动轮22使云台旋转盘23进行360度转动，内嵌在云台旋转盘23中的摄像头24可以对管道内壁进行全方位的观测，不会存在死角，而导电滑环25可以保证摄像头24可以任意旋转，不会产生线束缠绕现象。

设备在巡检过程中，若管径突然变大，则前置压簧33和后置压簧48会继续推动前置叉形支架35和后置叉形支架50张开，使前轮36和后轮52进一步抬起并贴合在管道壁上，然后继续行走巡检。

当设备前进时，若管径突然变小，变径处多会出现台阶，前置叉形支架35处于张开状态且无法自主进行收拢，可能会产生撞击，损坏设备，此时由前收拢防撞组件32辅助作业，管道台阶处会先与前收拢导向架44上的前滚轮46接触，前滚轮46与台阶处接触，将部分冲击功转化为前滚轮46的圆周运动，降低设备受到的冲击力，同时，前滚轮46受压后，会带动前收拢导向架44绕与顶端推环45铰接处旋转并收拢，并带动前伸缩杆11跟随伸出，前置叉形支架35会在前收拢导向架44的作用下同步收拢，使前轮36高度逐渐降低，最终通过前收拢导向架44的过渡弧面61自动过渡到前轮36的轮面上，完成顺滑过渡，此时前轮36与管道内壁再次贴合；而后变径调整组件55的后轮52的轮面则直接与管道内壁台阶处接触，并在管道内壁的压力下进行收拢，使后轮52再次贴合在管道内壁上。

当设备需要返回时，则反转主动力电机27，使前轮36反转即可，在遇到管道管径变化时，后收拢防撞组件59与前收拢防撞组件32采用相同的原理进行收拢变化，使设备无论前进还是后退，都可以自动收拢至与管道内壁贴合的尺寸作业。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种管道变径自适应智能巡检机器人，其特征在于：包括整合连接套筒（1）、全景摄像机构（2）、自变径动力行走机构（3）、自变径从动机构（4）、前梁（5）和后梁（6），所述全景摄像机构（2）设于整合连接套筒（1）内，所述前梁（5）设于全景摄像机构（2）的侧端，所述后梁（6）设于全景摄像机构（2）远离前梁（5）的一端，所述自变径动力行走机构（3）设于前梁（5）上，所述自变径从动机构（4）设于后梁（6）上；

所述自变径动力行走机构（3）包括前置支撑套筒（28）、前变径调整组件（30）、变角动力传递组件（31）和前收拢防撞组件（32），所述前置支撑套筒（28）套设于前梁（5）上，所述前变径调整组件（30）套接设于前置支撑套筒（28）外壁上，所述变角动力传递组件（31）设于前置支撑套筒（28）侧端，所述前收拢防撞组件（32）铰接设于变角动力传递组件（31）上；

所述前梁（5）包括前支板（7）、前圆盘支架（8）、前立架（9）、正多边定位块（10）和前伸缩杆（11），所述前支板（7）设于整合连接套筒（1）内，所述前圆盘支架（8）设于前支板（7）中部上壁，前支板（7）的两侧为圆弧状，圆弧半径与前圆盘支架（8）相同，所述前立架（9）设于前支板（7）远离整合连接套筒（1）的一端，所述正多边定位块（10）设于前立架（9）靠近前圆盘支架（8）一端的侧壁上，所述前伸缩杆（11）设于前立架（9）远离前圆盘支架（8）一端的侧壁上；所述后梁（6）包括后支板（12）、后圆盘支架（13）、后立架（14）、定心顶柱（15）和后伸缩杆（16），所述后支板（12）设于整合连接套筒（1）内远离前支板（7）的一侧，所述后圆盘支架（13）设于后支板（12）中部上壁，后支板（12）的两侧为圆弧状，圆弧半径与后圆盘支架（13）相同，所述后立架（14）设于后支板（12）远离整合连接套筒（1）的一端，所述定心顶柱（15）设于后立架（14）靠近后圆盘支架（13）一端的侧壁上，所述后伸缩杆（16）设于后立架（14）远离后圆盘支架（13）一端的侧壁上；

所述自变径动力行走机构（3）还包括主动力电机（27）和传动杆（29），所述主动力电机（27）设于前支板（7）上，所述前置支撑套筒（28）贯穿设于前圆盘支架（8）中心，所述传动杆（29）贯穿前置支撑套筒（28）中心设于主动力电机（27）的输出端，所述变角动力传递组件（31）设于传动杆（29）上；

所述前变径调整组件（30）包括前置压簧（33）、前置推环（34）、前置叉形支架（35）、前轮（36）和前置轮轴（37），所述前置压簧（33）套设于前置支撑套筒（28）上，所述前置推环（34）滑动套设于前置支撑套筒（28）上，所述前置压簧（33）连接设于前圆盘支架（8）和前置推环（34）之间，所述前置叉形支架（35）圆周阵列铰接设于前置推环（34）上，所述前置轮轴（37）贯穿设于前置叉形支架（35）远离前置推环（34）的一端，所述前轮（36）对称设于前置轮轴（37）的两端；

所述变角动力传递组件（31）包括齿轮盘（38）、一级从动轮（39）、万向杆一（40）、万向杆二（41）、二级从动轮（42）和三级从动轮（43），所述齿轮盘（38）设于传动杆（29）上，所述齿轮盘（38）与正多边定位块（10）同轴，所述一级从动轮（39）多组圆周阵列啮合设于齿轮盘（38）上，所述万向杆一（40）贯穿一级从动轮（39）铰接设于正多边定位块（10）上，所述万向杆二（41）与万向杆一（40）万向连接，所述二级从动轮（42）设于万向杆二（41）上，所述三级从动轮（43）啮合设于二级从动轮（42）上，所述三级从动轮（43）设于前置轮轴（37）上；

所述前收拢防撞组件（32）包括前收拢导向架（44）、顶端推环（45）和前滚轮（46），所述前收拢导向架（44）铰接设于前置轮轴（37）上，所述顶端推环（45）的边缘铰接设于前收拢导向架（44）的底部，所述顶端推环（45）的中心固定设于前伸缩杆（11）的顶端位置，所述前收拢导向架（44）中部设有轮槽（62），所述前收拢导向架（44）顶端设有过渡弧面（61），所述前收拢导向架（44）顶端与过渡弧面（61）相反一侧设有铰接凸点（60），所述前滚轮（46）多组阵列铰接设于轮槽（62）内；

所述自变径从动机构（4）包括后置支撑套筒（47）、后变径调整组件（55）和后收拢防撞组件（59），所述后置支撑套筒（47）贯穿后圆盘支架（13）套设于定心顶柱（15）靠近后圆盘支架（13）的一端，所述后变径调整组件（55）设于后置支撑套筒（47）上，所述后收拢防撞组件（59）设于后伸缩杆（16）上，所述后变径调整组件（55）包括后置压簧（48）、后置推环（49）、后置叉形支架（50）、变幅定位盘（51）、后轮（52）、后置轮轴（53）和曲臂变幅杆（54），所述后置压簧（48）套设于后置支撑套筒（47）上，所述后置推环（49）滑动套设于后置支撑套筒（47）上，所述后置压簧（48）连接设于后圆盘支架（13）和后置推环（49）之间，所述后置叉形支架（50）圆周阵列铰接设于后置推环（49）上，所述后置轮轴（53）贯穿设于后置叉形支架（50）远离后置推环（49）的一端，所述后轮（52）对称设于后置轮轴（53）的两端，所述变幅定位盘（51）固定设于定心顶柱（15）远离后圆盘支架（13）的一端，所述变幅定位盘（51）上圆周阵列设有凸出耳板（63），所述曲臂变幅杆（54）圆周阵列铰接设于凸出耳板（63）上，所述曲臂变幅杆（54）远离凸出耳板（63）的一端铰接设于后置轮轴（53）上；所述后收拢防撞组件（59）包括末端推环（56）、后滚轮（57）和后收拢导向架（58），所述末端推环（56）的中心贯穿设于后伸缩杆（16）的末端，所述后收拢导向架（58）圆周阵列铰接设于末端推环（56）的边缘处，所述后收拢导向架（58）远离末端推环（56）的一端铰接设于后置轮轴（53）上，所述后滚轮（57）多组阵列设于后收拢导向架（58）中部。

2.根据权利要求1所述的一种管道变径自适应智能巡检机器人，其特征在于：所述全景摄像机构（2）包括前置密封套筒（17）、后置密封套筒（18）、电机法兰（19）、无刷云台电机（20）、连接法兰（21）、驱动轮（22）、云台旋转盘（23）、导电滑环（25）和滑环安装法兰（26），所述前置密封套筒（17）的内壁设于前圆盘支架（8）的圆周侧壁上，所述前置密封套筒（17）的外壁设于整合连接套筒（1）内，所述后置密封套筒（18）的内壁设于后圆盘支架（13）的圆周侧壁上，所述后置密封套筒（18）的外壁设于整合连接套筒（1）内远离前置密封套筒（17）的一端，所述电机法兰（19）设于前支板（7）上壁，所述无刷云台电机（20）设于电机法兰（19）上，所述连接法兰（21）设于无刷云台电机（20）上，所述驱动轮（22）设于连接法兰（21）上，所述云台旋转盘（23）啮合连接设于驱动轮（22）上，所述云台旋转盘（23）的侧壁与前置密封套筒（17）和后置密封套筒（18）之间转动连接，所述滑环安装法兰（26）设于后支板（12）上，所述导电滑环（25）设于滑环安装法兰（26）上。

3.根据权利要求2所述的一种管道变径自适应智能巡检机器人，其特征在于：所述云台旋转盘（23）面向驱动轮（22）的一侧设有内齿（65），所述云台旋转盘（23）面向导电滑环（25）的一侧设有线束孔（64），所述线束孔（64）内设有摄像头（24）。

4.根据权利要求3所述的一种管道变径自适应智能巡检机器人，其特征在于：所述万向杆二（41）上滑动设有弯套管（66），所述弯套管（66）上设有滑动套管（67），所述滑动套管（67）铰接设于前置轮轴（37）上。