CN117019793B - 一种可变径的电缆排管机器人及使用方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于电缆技术领域，公开了一种可变径的电缆排管机器人及使用方法、应用，机器人包括破拆机构、前行进舱和后行进舱，前行进舱、后行进舱能够带动破拆机构沿排管方向来回往复运动；破拆机构包括驱动电机、旋转电机、刀具和推动刀丝杆，该驱动电机能够带动推动刀丝杆沿水平方向往复运动，从而带动刀具沿纵向圆周方向伸展，实现刀具的变径。本机器人在清障过程中可根据障碍物情况动态调整刀具的张开和闭合程度，实现障碍物无死角清除，能够更好地满足在电力排管出现微小形变、管材连接处、微小转弯处等出现微小幅度形变的管道疏通需求。

Description

一种可变径的电缆排管机器人及使用方法、应用

技术领域

本发明属于电缆技术领域，尤其是一种可变径的电缆排管机器人及使用方法、应用。

背景技术

电缆排管敷设作为满足电缆线路入地工程的重要电力通道，以其较强的耐热防水性、抗冻性、耐腐蚀性、抗渗性、较长的使用寿命，可有效地提高电力系统供电的可靠性，得到了越来越广泛的应用。电缆排管的建设多采用“先集中建，后期分用”的技术特点，现存备用管道规模巨大。由于在建设过程中存在接口处管口错位、管口未完全对接、外力导致局部破损情况下异物进入等情况发生，造成排管的堵塞，即使只出现在排管某一处点位上，同样会导致相邻排管的其他处点位无法使用，造成前期投资的白白浪费。排管堵塞传统的疏通方式主要包括“拉牛疏通”、“明破开挖”及废弃重新铺设，并存在着适用范围小、成功率低、耗时长、资金耗费高等缺点。由于排管堵塞问题造成在后期的电缆敷设过程中无法按时敷设，无法按期完工，造成项目延期，给公司和企业造成了严重影响。当传统的电缆排管疏通方式已经难以满足实际作业的需要时，需要有新的作业形式和方法用以替代传统的电缆排管疏通方式，以实现高效疏通、节约成本、降低作业强度、提高作业安全性等特点来解决电缆管道堵塞清除修复的难题。

现有技术的排管巡检机器人一般只能适用于一种固定内径的管道，其刀具一般采用类盾构机的切削刀盘，即通过采用与排管直径几近相同的圆柱形轮廓结构刀具对堵塞物进行切割，刀具的结构形状为圆柱筒状，结构为锯齿状，内置阶梯状环齿形刀具，以旋转切割的方式进行作业。但实际生产工作中，电力排管的材质主要为MPP或CPVC，这类材质本身具备一定的韧性，以更好地满足某些复杂环境条件下工况。排管内部的直径并非完全不变，其在管材连接处、微小转弯处均会出现小幅度的形变。在这种情况下，固定直径的机器人和刀具很难发挥作用，强行推进切割不仅会导致破拆机构卡死，甚至会造成损坏管壁的不良后果。

因此，亟需研发一种可变径的电缆排管的相关设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种可变径的电缆排管机器人及使用方法、应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可变径的电缆排管机器人，所述机器人能够与电缆排管的内部滑动可拆卸相连接设置，所述电缆排管沿水平方向设置，所述机器人包括破拆机构、前行进舱和后行进舱，所述破拆机构、前行进舱和后行进舱均沿水平方向设置，所述破拆机构、前行进舱和后行进舱沿水平方向依次同轴相连接设置，所述前行进舱、后行进舱能够带动破拆机构沿排管方向来回往复运动；

所述破拆机构包括驱动电机、旋转电机、刀具和推动刀丝杆，所述驱动电机、推动刀丝杆均沿水平方向设置，所述旋转电机、刀具呈环形、沿纵向设置，且驱动电机、旋转电机、刀具依次沿水平方向同轴相连接设置，所述推动刀丝杆同轴套装设置于旋转电机、刀具的内部，该推动刀丝杆的水平一端与驱动电机相连接设置，该推动刀丝杆的水平另一端与刀具相连接设置，该驱动电机能够推动刀丝杆沿水平方向往复运动，从而带动刀具沿纵向圆周方向伸展，实现刀具的变径，该旋转电机能够通过推动刀丝杆带动刀具沿纵向圆周旋转，实现刀具的切割打磨。

进一步地，所述机器人还包括摄像头和LED灯，所述摄像头和LED灯通过轴承相连接设置于推动刀丝杆的水平另一端，该摄像头和LED灯套装设置于固体套管内。

进一步地，所述刀具包括张紧连杆、平行杆、张紧支撑块、刀片、张紧驱动板和固定套管，张紧连杆、平行杆、张紧支撑块、刀片均设置为多个，且设置数量相同，所述张紧驱动板、固定套管呈环形沿纵向设置，且该张紧驱动板、固定套管沿水平方向同轴相连接设置，张紧驱动板通过导向轴与固定套管相连接设置；所述导向轴同轴套装设置于张紧驱动板、固定套管的内部，且该导向轴沿纵向圆周方向均布间隔设置有多根；

多个张紧连杆沿圆周方向均布间隔设置于张紧驱动板上，张紧连杆的一端与张紧驱动板活动铰装相连接设置，张紧连杆的另一端与一平行杆活动铰装相连接设置；所述平行杆沿圆周方向均布间隔设置于固定套管上，平行杆的一端与固定套管活动铰装相连接设置，该平行杆的另一端与一张紧支撑块活动铰装设置，张紧支撑块上固装设置有刀片，该刀片的刀头延伸设置于张紧支撑块的水平外侧，所述张紧连杆、平行杆、张紧支撑块、刀片对应设置，该张紧连杆与平行杆的相对运动能够带动张紧支撑块和刀片沿水平方向运动和圆周旋转运动；

所述张紧驱动板通过推动刀丝杆与驱动电机的电机中通轴相连接设置；在工作状态下，驱动电机工作，推动刀丝杆向前，推动固定套管向前，远离张紧驱动板，由于张紧驱动板通过张紧连杆、平行杆与固定套管、张紧支撑块活动铰装相连接设置，张紧驱动板和固定套管产生相对位移，使得张紧连杆带动平行杆打开至设定的角度；旋转电机转子连接推动刀丝杆，转子运动带动推动刀丝杆转动，进而带动张紧驱动板、固定套管转动，带动刀片高速旋转切割破碎障碍物；

或者，所述刀片通过铣刀盘与张紧支撑块相连接设置。

进一步地，所述前行进舱和后行进舱的结构相同，该前行进舱和后行进舱沿水平方向对称设置，所述前行进舱和后行进舱均包括定心机构、行走机构、动力气缸和张紧固定环，所述张紧固定环呈环形、且沿水平方向设置，所述定心机构同轴套装相连接设置于张紧固定环的中空内部，且该定心机构与动力气缸与相连接设置，所述动力气缸能够使得定心机构呈张开或闭合状态，定心机构能够使得本机器人在运动和疏通时的轴线均能够与管道的轴线保持重合，所述行走机构沿纵向圆周方向均布设置有多个，该行走机构的一端与定心机构相连接设置，行走机构的另一端延伸设置于张紧固定环的外侧，该行走机构能够与排管的内壁相连接设置。

进一步地，所述张紧固定环的水平两端分别设置有张紧固定板，所述动力气缸通过张紧固定板与张紧固定环相连接设置，或者，所述动力气缸为中空回转气缸；或者，所述前行进舱还包括第二动力气缸，所述前行进舱通过第二动力气缸与破拆机构的驱动电机相连接设置。

进一步地，所述定心机构包括定心张紧驱动板、定心固定套管、定心张紧连杆、定心平行杆和定心张紧支撑块，所述定心张紧驱动板、定心固定套管呈环形沿纵向设置，且该定心张紧驱动板、定心固定套管沿水平方向同轴相连接设置，所述定心张紧连杆、定心平行杆、定心张紧支撑块均设置有多个，且多个定心张紧连杆沿圆周方向均布设置于定心张紧驱动板上，定心张紧连杆的一端与定心张紧驱动板活动铰装相连接设置，定心张紧连杆的另一端与一定心平行杆活动铰装相连接设置；多个定心平行杆沿圆周方向均布设置于定心固定套管上，该定心平行杆的一端与定心固定套管活动铰装相连接设置，该定心平行杆的另一端与一定心张紧支撑块活动铰装设置，所述定心张紧支撑块与行走机构相连接设置，该行走机构能够与排管的内壁相连接设置，行走机构能够带动定心机构在排管内部沿水平方向来回往复运动；

所述定心张紧驱动板、定心固定套管的内部同轴套装设置有定心导向轴，定心导向轴沿水平方向设置，定心导向轴的水平一端同轴套装设置有缓冲胶圈，该定心导向轴能够沿水平方向延伸设置至缓冲胶圈的内部，推动定心固定套管沿水平方向向前运动，使得定心张紧连杆与定心平行杆相对运动；气缸不动作，定心导向轴与缓冲胶圈套装相连接设置，定心张紧驱动板与定心固定套管间隔、靠近设置，定心张紧连杆压住定心平行杆，使其保持在不张开的状态，此时整个机器人位于排管的下部，定心时，气缸工作，带动定心张紧驱动板向远离定心固定套管运动，定心张紧驱动板和定心固定套管产生相对位移，定心张紧连杆带动定心平行杆打开角度，直至4个定心张紧支撑块连接的行走机构贴到管壁，使得机器人抬升至排管中心位置，以达到定心的目的，与此同时，行走机构带动定心机构运动，完成清障工作。

进一步地，所述行走机构包括履带、辅助轮、避震器，所述避震器沿竖直方向设置，所述辅助轮、履带分别通过避震器与定心张紧支撑块相连接设置，且该辅助轮能够与排管内壁的上部活动相连接设置，该履带能够与排管内壁的下部活动相连接设置，且该履带设置有2个，履带能够提供行走机构的行走动力；

或者，所述履带包括主动轮、从动轮、轮毂电机和传动带，所述主动轮通过传送带与从动轮相连接设置，所述主动轮与轮毂电机相连接设置，为履带前进提供动力；

或者，所述主动轮、从动轮均包括传动轴，所述传动轴为两端窄、中间宽的椭圆形结构；

或者，所述轮毂电机为无刷直流电机。

进一步地，所述机器人还包括控制舱，所述破拆机构、前行进舱、控制舱和后行进舱沿水平方向依次同轴相连接设置，所述前行进舱、后行进舱能够带动控制舱、破拆机构沿排管方向来回往复运动；所述控制舱能够控制前行进舱、后行进舱和破拆机构的动作；所述破拆机构能够进行变径打磨操作；

或者，所述前行进舱和后行进舱沿水平方向对称设置于控制舱的水平两侧，定心机构通过动力气缸与控制舱相连接设置；

或者，所述控制舱包括外壳和电控盒，所述电控盒与前行进舱、后行进舱、破拆机构、摄像头和LED灯相连接设置，该电控盒能够控制前行进舱、后行进舱和破拆机构控制前后行进舱和破拆机构动作，能够控制摄像头和LED灯的开关动作，所述电控盒能够与外接电源相连接设置；

或者，所述电控盒供电为外接220V电源，电源线、信号线和召回受力线集成在一条线缆中，从后行进舱的中空回转气缸中穿入，接入到控制舱的电控盒内；

或者，所述旋转电机为中空直流无刷电机，中空直流无刷电机能够使其一端外转子转动，且在驱动刀具旋转的情况下其他部件不会旋转。

如上所述的机器人的使用方法，包括如下步骤：

（1）将机器人放置在电缆排管的入口处，机器人利用履带在排管内移动，前端摄像头配合LED灯将排管内部工况实时反馈至上位机，人员可以在地面接收到图像数据；

（2）发现机器人可视范围内存在异物时，控制定心机构的动力气缸动作，使气缸固定板靠近定心张紧驱动板，同时将定心导向轴推入缓冲胶圈，推动定心固定套管向前，定心张紧连杆带动定心平行杆打开角度，直至4个定心张紧支撑块连接的履带和辅助轮全部支撑在排管内部，使得机器人抬升至排管中心位置，完成定心操作；

（3）定心后，机器人慢速移动靠近异物，当接近时，控制破拆机构驱动电机工作，推动刀丝杆向前，推动固定套管向前，远离张紧驱动板，张紧驱动板和固定套管产生相对位移，使得张紧连杆带动平行杆打开至设定的角度；

（4）随后旋转电机带动推动刀丝杆旋转，使得张紧驱动板、固定套管旋转，带动刀片高速旋转切割破碎障碍物，完成清障工作；

（5）完成清障工作后，破拆机构和定心机构回到初始状态，机器人利用履带继续向前行驶。

如上所述的机器人在电缆排管巡视及疏通方面中的应用。

本发明取得的优点和积极效果为：

1、本机器人包括破拆机构、前行进舱和后行进舱，破拆机构包括驱动电机、旋转电机、刀具和推动刀丝杆，工作状态下，前行进舱、后行进舱带动破拆机构沿电缆排管的方向沿水平方向向前运动，当运动至电缆排管的内径发生形变处，驱动电机工作，推动刀丝杆向前，使得刀具打开至刀具接触到障碍物，与此同时，旋转电机带动推动刀丝杆旋转，使得刀具高速旋转进而切割破碎障碍物，完成清障工作。本机器人在清障过程中可根据障碍物情况动态调整刀具的张开和闭合程度，实现障碍物无死角清除，有效解决了现有管道机器人破拆部分不可变径的难题，适用于140mm-205mm之间任意直径的管道完成疏通作业，能够更好地满足在电力排管出现微小形变、管材连接处、微小转弯处等出现微小幅度形变的管道疏通需求。

2、本发明的机器人还包括摄像头和LED灯，摄像头在LED灯照明情况下能够录制1米范围内的图像，实时监测破拆过程中管道内部情况及清障工作进程。摄像头和LED灯的设置，能够高效地完成对电缆排管内部工况的巡视和疏通，通过对电缆排管管道内部进行图像检查，排查电缆排管中是否存在隐患，对存在隐患进行无死角疏通修复处理；控制舱的设置，提高了本机器人的自动化程度，提高了使用的方便性，给生产带来了便利。

3、本发明机器人的前行进舱和后行进舱均包括定心机构、行走机构、动力气缸和张紧固定环，定心机构的作用是无论排管内径如何变化，机器人的运动和疏通的轴线均能够与管道的轴线保持重合，在此状态下，一方面可以确保刀具打磨无死角，有效解决传统疏通机器人只能打磨管道中下方的障碍或只能在特定管道中进行打磨的局限性，另一方面由于对个行走机构点位支撑在管径内壁，可以增大打磨时机器人的摩擦力，抵消刀具打磨时的后坐力，进而保持稳定的状态；1组行走机构由2个履带、2个辅助轮、4个避震器组成，其中履带、辅助轮分别通过避震器安装于固定在4个定心张紧支撑块上，履带安装于机器人下侧定心支撑块上，辅助轮安装于机器人上侧定心支撑块上，这样，当定心机构作用后，2个履带、2个辅助轮将分别抵于管壁四周，且辅助轮的位置与机器人圆心及对应的履带重心三点共线，利用避震器的弹性，4点将充分接触管壁并提供机器人行进所需摩擦力，保障机器人的稳定前进。

4、本发明机器人的履带具有接触面积大、动力强、越碍性能强、稳定性高等优势，所述主动轮、从动轮均包括传动轴，传动轴为两端窄、中间宽的椭圆形结构，为使履带更加贴合管壁进而增加传动效率，设计了非直线型传动轴结构，将传动轴定制为两端窄、中间宽的结构，这种结构的传动轴可以引起非刚性的传动带发生形变，从而更加贴合管壁；轮毂电机为无刷直流电机，具有功率密度及转矩密度大、效率高、启动转矩大、控制精确等特点，适合本工况使用；旋转电机为中空直流无刷电机，中空直流无刷电机能够使其一端外转子转动，且在驱动刀具旋转的情况下其他部件不会旋转，具有扭力大、中心通孔直径大、堵转不烧机等优点。

附图说明

图1为本发明机器人的一种结构连接主视图；

图2为图1中破拆机构的一种结构连接主视图；

图3为图1中破拆机构和前行进机构的一种结构连接主视图；

图4为图1的右视示意图；

图5为本发明机器人的一种结构连接立体图。

图中：1后行进舱、2控制舱、3前行进舱、4破拆机构、301动力气缸、302定心张紧连杆、303辅助轮、304定心张紧支撑块、305定心平行杆、306张紧固定环、307张紧固定板、309第二动力气缸、310定心固定套管、311主动轮、312传动带，313传动轴、314从动轮，315定心张紧驱动板、316定心导向轴，317缓冲胶圈、318避震器、401驱动电机、402旋转电机、404导向轴、405推动刀丝杆、406张紧连杆、407固定套管，408张紧支撑块、409铣刀盘、410刀片、411张紧驱动板、412平行杆。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下属实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

具体实施例中所涉及的各种实验操作，均为本领域的常规技术，本文中没有特别注释的部分，本领域的普通技术人员可以参照本发明申请日之前的各种常用工具书、科技文献或相关的说明书、手册等予以实施。

一种可变径的电缆排管机器人，所述机器人能够与电缆排管（图中未示出）的内部滑动可拆卸相连接设置，所述电缆排管沿水平方向设置，如图1至图5所示，所述机器人包括破拆机构4、前行进舱3和后行进舱1，所述破拆机构、前行进舱和后行进舱均沿水平方向设置，所述破拆机构、前行进舱和后行进舱沿水平方向依次同轴相连接设置，所述前行进舱、后行进舱能够带动破拆机构沿排管方向来回往复运动；

所述破拆机构包括驱动电机401、旋转电机402、刀具和推动刀丝杆405，所述驱动电机、推动刀丝杆均沿水平方向设置，所述旋转电机、刀具呈环形、沿纵向设置，且驱动电机、旋转电机、刀具依次沿水平方向同轴相连接设置，所述推动刀丝杆同轴套装设置于旋转电机、刀具的内部，该推动刀丝杆的水平一端与驱动电机相连接设置，该推动刀丝杆的水平另一端与刀具相连接设置，该驱动电机能够带动推动刀丝杆沿水平方向往复运动，从而带动刀具沿纵向圆周方向伸展，实现刀具的变径，该旋转电机能够通过推动刀丝杆带动刀具沿纵向圆周旋转，实现刀具的切割打磨。

本机器人包括破拆机构、前行进舱和后行进舱，破拆机构包括驱动电机、旋转电机、刀具和推动刀丝杆，工作状态下，前行进舱、后行进舱带动破拆机构沿电缆排管的方向沿水平方向向前运动，当运动至电缆排管的内径发生形变处，驱动电机工作，推动刀丝杆向前，使得刀具打开至刀具接触到障碍物，与此同时，旋转电机带动推动刀丝杆旋转，使得刀具高速旋转进而切割破碎障碍物，完成清障工作。本机器人在清障过程中可根据障碍物情况动态调整刀具的张开和闭合程度，实现障碍物无死角清除，有效解决了现有管道机器人破拆部分不可变径的难题，适用于140mm-205mm之间任意直径的管道完成疏通作业，能够更好地满足在电力排管出现微小形变、管材连接处、微小转弯处等出现微小幅度形变的管道疏通需求。

在本实施例中，所述机器人还包括摄像头（图中未示出）和LED灯（图中未示出），所述摄像头和LED灯通过轴承相连接设置于推动刀丝杆的水平另一端，该摄像头和LED灯套装设置于固体套管内，摄像头在LED灯照明情况下能够录制1米范围内的图像，实时监测破拆过程中管道内部情况及清障工作进程。摄像头和LED灯的设置，能够高效地完成对电缆排管内部工况的巡视和疏通，通过对电缆排管管道内部进行图像检查，排查电缆排管中是否存在隐患，对存在隐患进行无死角疏通修复处理。

在本实施例中，所述旋转电机为中空直流无刷电机，中空直流无刷电机能够使其一端外转子转动，且在驱动刀具旋转的情况下其他部件不会旋转，具有扭力大、中心通孔直径大、堵转不烧机等优点。

在本实施例中，所述刀具包括张紧连杆406、平行杆412、张紧支撑块408、刀片410、张紧驱动板411和固定套管407，张紧连杆、平行杆、张紧支撑块、刀片均设置为多个，且设置数量相同，所述张紧驱动板、固定套管呈环形沿纵向设置，且该张紧驱动板、固定套管沿水平方向同轴相连接设置，张紧驱动板通过导向轴404与固定套管相连接设置；所述导向轴同轴套装设置于张紧驱动板、固定套管的内部，且该导向轴沿纵向圆周方向均布间隔设置有多根；

多个张紧连杆沿圆周方向均布间隔设置于张紧驱动板上，张紧连杆的一端与张紧驱动板活动铰装相连接设置，张紧连杆的另一端与一平行杆的中部活动铰装相连接设置；所述平行杆沿圆周方向均布间隔设置于固定套管上，平行杆的一端与固定套管活动铰装相连接设置，该平行杆的另一端与一张紧支撑块活动铰装设置，张紧支撑块上固装设置有刀片，该刀片的刀头延伸设置于张紧支撑块的水平外侧，所述张紧连杆、平行杆、张紧支撑块、刀片对应设置，该张紧连杆与平行杆的相对运动能够带动张紧支撑块和刀片沿水平方向运动和圆周旋转运动；

所述张紧驱动板通过推动刀丝杆与驱动电机的电机中通轴（图中未示出）相连接设置；在工作状态下，驱动电机工作，推动刀丝杆向前，推动固定套管向前，远离张紧驱动板，由于张紧驱动板通过张紧连杆、平行杆与固定套管、张紧支撑块活动铰装相连接设置，张紧驱动板和固定套管产生相对位移，使得张紧连杆带动平行杆打开至设定的角度（角度范围为10°~80°）；旋转电机转子连接推动刀丝杆，转子运动带动推动刀丝杆转动，进而带动张紧驱动板、固定套管转动，带动刀片高速旋转切割破碎障碍物，完成清障工作。

在本实施例中，所述刀片通过铣刀盘409与张紧支撑块相连接设置，铣刀盘的设置使得刀片的安装更方便，且能够控制刀片的数量，大大提高了工作效率。

在本实施例中，所述前行进舱和后行进舱的结构相同，该前行进舱和后行进舱沿水平方向对称设置，所述前行进舱和后行进舱均包括定心机构、行走机构、动力气缸301和张紧固定环306，所述张紧固定环呈环形、且沿水平方向设置，所述定心机构同轴套装相连接设置于张紧固定环的中空内部，且该定心机构与动力气缸与相连接设置，所述动力气缸能够使得定心机构呈张开或闭合状态，定心机构能够使得本机器人在运动和疏通时的轴线均能够与管道的轴线保持重合，所述行走机构沿纵向圆周方向均布设置有多个，该行走机构的一端与定心机构相连接设置，行走机构的另一端延伸设置于张紧固定环的外侧，该行走机构能够与排管的内壁相连接设置。初始状态时，气缸不动作，定心机构保持在闭合的状态，此时整个机器人位于排管的下部，定心时，气缸工作，定心机构呈打开状态，从而带动行走机构与排管的内壁贴合，以达到定心的目的。

本发明机器人的前行进舱和后行进舱均包括定心机构、行走机构、动力气缸和张紧固定环，定心机构的作用是无论排管内径如何变化，机器人的运动和疏通的轴线均能够与管道的轴线保持重合，在此状态下，一方面可以确保刀具打磨无死角，有效解决传统疏通机器人只能打磨管道中下方的障碍或只能在特定管道中进行打磨的局限性，另一方面由于对个行走机构点位支撑在管径内壁，可以增大打磨时机器人的摩擦力，抵消刀具打磨时的后坐力，进而保持稳定的状态。

在本实施例中，所述张紧固定环的水平两端分别设置有张紧固定板307，所述动力气缸通过张紧固定板与张紧固定环相连接设置，或者，所述动力气缸为中空回转气缸。

较优地，所述前行进舱还包括第二动力气缸309，所述前行进舱通过第二动力气缸与破拆机构的驱动电机相连接设置，第二动力气缸是配合破拆机构的驱动电机完成刀具的弹性伸缩功能，如果只有驱动电机，对刀具定位的要求就较高，如果定位有偏差，当刀具碰到顽固异物时，容易发生刀具被卡、被损坏的情况，配置第二动力气缸后，刀具在碰到顽固异物时有回缩的裕度，保证刀具的安全。

在本实施例中，所述定心机构包括定心张紧驱动板315、定心固定套管310、定心张紧连杆302、定心平行杆305和定心张紧支撑块304，所述定心张紧驱动板、定心固定套管呈环形沿纵向设置，且该定心张紧驱动板、定心固定套管沿水平方向同轴相连接设置，所述定心张紧连杆、定心平行杆、定心张紧支撑块均设置有多个，且多个定心张紧连杆沿圆周方向均布设置于定心张紧驱动板上，定心张紧连杆的一端与定心张紧驱动板活动铰装相连接设置，定心张紧连杆的另一端与一定心平行杆的中部活动铰装相连接设置；多个定心平行杆沿圆周方向均布设置于定心固定套管上，该定心平行杆的一端与定心固定套管活动铰装相连接设置，该定心平行杆的另一端与一定心张紧支撑块活动铰装设置，所述定心张紧支撑块与行走机构相连接设置，该行走机构能够与排管的内壁相连接设置，行走机构能够带动定心机构在排管内部沿水平方向来回往复运动；

所述定心张紧驱动板、定心固定套管的内部同轴套装设置有定心导向轴316，定心导向轴沿水平方向设置，定心导向轴的水平一端同轴套装设置有缓冲胶圈317，该定心导向轴能够沿水平方向延伸设置至缓冲胶圈的内部，推动定心固定套管沿水平方向向前运动，使得定心张紧连杆与定心平行杆相对运动；气缸不动作，定心导向轴与缓冲胶圈套装相连接设置，定心张紧驱动板与定心固定套管间隔、靠近设置，定心张紧连杆压住定心平行杆，使其保持在不张开的状态，此时整个机器人位于排管的下部，定心时，气缸工作，带动定心张紧驱动板向远离定心固定套管运动，定心张紧驱动板和定心固定套管产生相对位移，定心张紧连杆带动定心平行杆打开角度，直至4个定心张紧支撑块连接的行走机构贴到管壁，使得机器人抬升至排管中心位置，以达到定心的目的，与此同时，行走机构带动定心机构运动，完成清障工作。

在本实施例中，所述行走机构包括履带、辅助轮303、避震器318，所述避震器沿竖直方向设置，所述辅助轮、履带分别通过避震器与定心张紧支撑块相连接设置，且该辅助轮能够与排管内壁的上部活动相连接设置，该履带能够与排管内壁的下部活动相连接设置，且该履带设置有2个，履带能够提供行走机构的行走动力。1组行走机构由2个履带、2个辅助轮、4个避震器组成，其中履带、辅助轮分别通过避震器安装于固定在4个定心张紧支撑块上，履带安装于机器人下侧定心支撑块上，辅助轮安装于机器人上侧定心支撑块上，这样，当定心机构作用后，2个履带、2个辅助轮将分别抵于管壁四周，且辅助轮的位置与机器人圆心及对应的履带重心三点共线，利用避震器的弹性，4点将充分接触管壁并提供机器人行进所需摩擦力，保障机器人的稳定前进。

在本实施例中，所述履带包括主动轮311、从动轮314、轮毂电机（图中未示出）和传动带312，所述主动轮通过传送带与从动轮相连接设置，所述主动轮与轮毂电机相连接设置，为履带前进提供动力。与传统动力轮相比，本履带具有接触面积大、动力强、越碍性能强、稳定性高等优势。

较优地，所述主动轮、从动轮均包括传动轴313，所述传动轴为两端窄、中间宽的椭圆形结构。为使履带更加贴合管壁进而增加传动效率，设计了非直线型传动轴结构，将传动轴定制为两端窄、中间宽的结构，这种结构的传动轴可以引起非刚性的传动带发生形变，从而更加贴合管壁。

较优地，所述轮毂电机为无刷直流电机，具有功率密度及转矩密度大、效率高、启动转矩大、控制精确等特点，适合本工况使用。

在本实施例中，所述机器人还包括控制舱2，所述破拆机构、前行进舱、控制舱和后行进舱沿水平方向依次同轴相连接设置，所述前行进舱、后行进舱能够带动控制舱、破拆机构沿排管方向来回往复运动；所述控制舱能够控制前行进舱、后行进舱和破拆机构的动作；所述破拆机构能够进行变径打磨操作。本机器人的控制舱的设置，提高了本机器人的自动化程度，提高了使用的方便性，给生产带来了便利。

较优地，所述前行进舱和后行进舱沿水平方向对称设置于控制舱的水平两侧，定心机构通过动力气缸与控制舱相连接设置。

较优地，所述控制舱包括外壳和电控盒（图中均未标号），所述电控盒与前行进舱、后行进舱、破拆机构、摄像头和LED灯相连接设置，该电控盒能够控制前行进舱、后行进舱和破拆机构控制前后行进舱和破拆机构动作，能够控制摄像头和LED灯的开关动作，所述电控盒能够与外接电源相连接设置。

在本实施例中，所述电控盒供电为外接220V电源，电源线、信号线和召回受力线集成在一条线缆中，从后行进舱的中空回转气缸中穿入，接入到控制舱的电控盒内。

如上所述的可变径的电缆排管机器人的一种使用方法，包括如下步骤：

（1）将机器人放置在电缆排管的入口处，机器人利用履带在排管内移动，前端摄像头配合LED灯将排管内部工况实时反馈至上位机，人员可以在地面接收到图像数据；

（2）发现机器人可视范围内存在异物时，控制定心机构的动力气缸动作，使气缸固定板靠近定心张紧驱动板，同时将定心导向轴推入缓冲胶圈，推动定心固定套管向前，定心张紧连杆带动定心平行杆打开角度，直至4个定心张紧支撑块连接的履带和辅助轮全部支撑在排管内部，使得机器人抬升至排管中心位置，完成定心操作；

（3）定心后，机器人慢速移动靠近异物，当接近时，控制破拆机构驱动电机工作，推动刀丝杆向前，推动固定套管向前，远离张紧驱动板，张紧驱动板和固定套管产生相对位移，使得张紧连杆带动平行杆打开至设定的角度；

（4）随后旋转电机带动推动刀丝杆旋转，使得张紧驱动板、固定套管旋转，带动刀片高速旋转切割破碎障碍物，完成清障工作；

（5）完成清障工作后，破拆机构和定心机构回到初始状态，机器人利用履带继续向前行驶。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。

Claims (9)

1.一种可变径的电缆排管机器人，其特征在于：所述机器人能够与电缆排管的内部滑动可拆卸相连接设置，所述电缆排管沿水平方向设置，所述机器人包括破拆机构（4）、前行进舱（3）和后行进舱（1），所述破拆机构（4）、前行进舱（3）和后行进舱（1）均沿水平方向设置，所述破拆机构（4）、前行进舱（3）和后行进舱（1）沿水平方向依次同轴相连接设置，所述前行进舱（3）、后行进舱（1）能够带动破拆机构（4）沿排管方向来回往复运动；

所述破拆机构（4）包括驱动电机（401）、旋转电机（402）、刀具和推动刀丝杆（405），所述驱动电机（401）、推动刀丝杆（405）均沿水平方向设置，所述旋转电机（402）、刀具呈环形、沿纵向设置，且驱动电机（401）、旋转电机（402）、刀具依次沿水平方向同轴相连接设置，所述推动刀丝杆（405）同轴套装设置于旋转电机（402）、刀具的内部，该推动刀丝杆（405）的水平一端与驱动电机（401）相连接设置，该推动刀丝杆（405）的水平另一端与刀具相连接设置，该驱动电机（401）能够带动推动刀丝杆（405）沿水平方向往复运动，从而带动刀具沿纵向圆周方向伸展，实现刀具的变径，该旋转电机（402）能够通过推动刀丝杆（405）带动刀具沿纵向圆周旋转，实现刀具的切割打磨；

所述刀具包括张紧连杆（406）、平行杆（412）、张紧支撑块（408）、刀片（410）、张紧驱动板（411）和固定套管（407），张紧连杆（406）、平行杆（412）、张紧支撑块（408）、刀片（410）均设置为多个，且设置数量相同，所述张紧驱动板（411）、固定套管（407）呈环形沿纵向设置，且该张紧驱动板（411）、固定套管（407）沿水平方向同轴相连接设置，张紧驱动板（411）通过导向轴（404）与固定套管（407）相连接设置；所述导向轴（404）同轴套装设置于张紧驱动板（411）、固定套管（407）的内部，且该导向轴（404）沿纵向圆周方向均布间隔设置有多根；

多个张紧连杆（406）沿圆周方向均布间隔设置于张紧驱动板（411）上，张紧连杆（406）的一端与张紧驱动板（411）活动铰装相连接设置，张紧连杆（406）的另一端与一平行杆（412）的中部活动铰装相连接设置；所述平行杆（412）沿圆周方向均布间隔设置于固定套管（407）上，平行杆（412）的一端与固定套管（407）活动铰装相连接设置，该平行杆（412）的另一端与一张紧支撑块（408）活动铰装设置，张紧支撑块（408）上固装设置有刀片（410），该刀片（410）的刀头延伸设置于张紧支撑块（408）的水平外侧，所述张紧连杆（406）、平行杆（412）、张紧支撑块（408）、刀片（410）对应设置，该张紧连杆（406）与平行杆（412）的相对运动能够带动张紧支撑块（408）和刀片（410）沿水平方向运动和圆周旋转运动；

所述张紧驱动板（411）通过推动刀丝杆（405）与驱动电机（401）的电机中通轴相连接设置；在工作状态下，驱动电机（401）工作，推动刀丝杆（405）向前，推动固定套管（407）向前，远离张紧驱动板（411），由于张紧驱动板（411）通过张紧连杆（406）、平行杆（412）与固定套管（407）、张紧支撑块（408）活动铰装相连接设置，张紧驱动板（411）和固定套管（407）产生相对位移，使得张紧连杆（406）带动平行杆（412）打开至设定的角度；旋转电机（402）转子连接推动刀丝杆（405），转子运动带动推动刀丝杆（405）转动，进而带动张紧驱动板（411）、固定套管（407）转动，带动刀片（410）高速旋转切割破碎障碍物；

所述刀片（410）通过铣刀盘（409）与张紧支撑块（408）相连接设置。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于：所述机器人还包括摄像头和LED灯，所述摄像头和LED灯通过轴承相连接设置于推动刀丝杆（405）的水平另一端，该摄像头和LED灯套装设置于固体套管内。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于：所述前行进舱（3）和后行进舱（1）的结构相同，该前行进舱（3）和后行进舱（1）沿水平方向对称设置，所述前行进舱（3）和后行进舱（1）均包括定心机构、行走机构、动力气缸（301）和张紧固定环（306），所述张紧固定环（306）呈环形、且沿水平方向设置，所述定心机构同轴套装相连接设置于张紧固定环（306）的中空内部，且该定心机构与动力气缸（301）相连接设置，所述动力气缸（301）能够使得定心机构呈张开或闭合状态，定心机构能够使得本机器人在运动和疏通时的轴线均能够与管道的轴线保持重合，所述行走机构沿纵向圆周方向均布设置有多个，该行走机构的一端与定心机构相连接设置，行走机构的另一端延伸设置于张紧固定环（306）的外侧，该行走机构能够与排管的内壁相连接设置。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于：所述张紧固定环（306）的水平两端分别设置有张紧固定板（307），所述动力气缸（301）通过张紧固定板（307）与张紧固定环（306）相连接设置，所述动力气缸（301）为中空回转气缸；所述前行进舱（3）还包括第二动力气缸（309），所述前行进舱（3）通过第二动力气缸（309）与破拆机构（4）的驱动电机（401）相连接设置。

5.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于：所述定心机构包括定心张紧驱动板（315）、定心固定套管（310）、定心张紧连杆（302）、定心平行杆（305）和定心张紧支撑块（304），所述定心张紧驱动板（315）、定心固定套管（310）呈环形沿纵向设置，且该定心张紧驱动板（315）、定心固定套管（310）沿水平方向同轴相连接设置，所述定心张紧连杆（302）、定心平行杆（305）、定心张紧支撑块（304）均设置有多个，且多个定心张紧连杆（302）沿圆周方向均布设置于定心张紧驱动板（315）上，定心张紧连杆（302）的一端与定心张紧驱动板（315）活动铰装相连接设置，定心张紧连杆（302）的另一端与一定心平行杆（305）的中部活动铰装相连接设置；多个定心平行杆（305）沿圆周方向均布设置于定心固定套管（310）上，该定心平行杆（305）的一端与定心固定套管（310）活动铰装相连接设置，该定心平行杆（305）的另一端与一定心张紧支撑块（304）活动铰装设置，所述定心张紧支撑块（304）与行走机构相连接设置，该行走机构能够与排管的内壁相连接设置，行走机构能够带动定心机构在排管内部沿水平方向来回往复运动；

所述定心张紧驱动板（315）、定心固定套管（310）的内部同轴套装设置有定心导向轴（316），定心导向轴（316）沿水平方向设置，定心导向轴（316）的水平一端同轴套装设置有缓冲胶圈（317），该定心导向轴（316）能够沿水平方向延伸设置至缓冲胶圈（317）的内部，推动定心固定套管（310）沿水平方向向前运动，使得定心张紧连杆（302）与定心平行杆（305）相对运动；气缸不动作，定心导向轴（316）与缓冲胶圈（317）套装相连接设置，定心张紧驱动板（315）与定心固定套管（310）间隔、靠近设置，定心张紧连杆（302）压住定心平行杆（305），使其保持在不张开的状态，此时整个机器人位于排管的下部，定心时，气缸工作，带动定心张紧驱动板（315）向远离定心固定套管（310）运动，定心张紧驱动板（315）和定心固定套管（310）产生相对位移，定心张紧连杆（302）带动定心平行杆（305）打开角度，直至4个定心张紧支撑块（304）连接的行走机构贴到管壁，使得机器人抬升至排管中心位置，以达到定心的目的，与此同时，行走机构带动定心机构运动，完成清障工作。

6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于：所述行走机构包括履带、辅助轮（303）、避震器（318），所述避震器（318）沿竖直方向设置，所述辅助轮（303）、履带分别通过避震器（318）与定心张紧支撑块（304）相连接设置，且该辅助轮（303）能够与排管内壁的上部活动相连接设置，该履带能够与排管内壁的下部活动相连接设置，且该履带设置有2个，履带能够提供行走机构的行走动力；

所述履带包括主动轮（311）、从动轮（314）、轮毂电机和传动带（312），所述主动轮（311）通过传送带与从动轮（314）相连接设置，所述主动轮（311）与轮毂电机相连接设置，为履带前进提供动力；

所述主动轮（311）、从动轮（314）均包括传动轴（313），所述传动轴（313）为两端窄、中间宽的椭圆形结构；

所述轮毂电机为无刷直流电机。

7.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于：所述机器人还包括控制舱（2），所述破拆机构（4）、前行进舱（3）、控制舱（2）和后行进舱（1）沿水平方向依次同轴相连接设置，所述前行进舱（3）、后行进舱（1）能够带动控制舱（2）、破拆机构（4）沿排管方向来回往复运动；所述控制舱（2）能够控制前行进舱（3）、后行进舱（1）和破拆机构（4）的动作；所述破拆机构（4）能够进行变径打磨操作；

所述前行进舱（3）和后行进舱（1）沿水平方向对称设置于控制舱（2）的水平两侧，定心机构通过动力气缸（301）与控制舱（2）相连接设置；

所述控制舱（2）包括外壳和电控盒，所述电控盒与前行进舱（3）、后行进舱（1）、破拆机构（4）、摄像头和LED灯相连接设置，该电控盒能够控制前行进舱（3）、后行进舱（1）和破拆机构（4）的动作，能够控制摄像头和LED灯的开关动作，所述电控盒能够与外接电源相连接设置；

所述电控盒供电为外接220V电源，电源线、信号线和召回受力线集成在一条线缆中，从后行进舱（1）的中空回转气缸中穿入，接入到控制舱（2）的电控盒内；

所述旋转电机（402）为中空直流无刷电机，中空直流无刷电机能够使其一端外转子转动，且在驱动刀具旋转的情况下其他部件不会旋转。

8.如权利要求6所述的机器人的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将机器人放置在电缆排管的入口处，机器人利用履带在排管内移动，前端摄像头配合LED灯将排管内部工况实时反馈至上位机，人员可以在地面接收到图像数据；

（2）发现机器人可视范围内存在异物时，控制定心机构的动力气缸（301）动作，使气缸固定板靠近定心张紧驱动板（315），同时将定心导向轴（316）推入缓冲胶圈（317），推动定心固定套管（310）向前，定心张紧连杆（302）带动定心平行杆（305）打开角度，直至4个定心张紧支撑块（304）连接的履带和辅助轮（303）全部支撑在排管内部，使得机器人抬升至排管中心位置，完成定心操作；

（3）定心后，机器人慢速移动靠近异物，当接近时，控制破拆机构（4）驱动电机（401）工作，推动刀丝杆（405）向前，推动固定套管（407）向前，远离张紧驱动板（411），张紧驱动板（411）和固定套管（407）产生相对位移，使得张紧连杆（406）带动平行杆（412）打开至设定的角度；

（4）随后旋转电机（402）带动推动刀丝杆（405）旋转，使得张紧驱动板（411）、固定套管（407）旋转，带动刀片（410）高速旋转切割破碎障碍物，完成清障工作；

（5）完成清障工作后，破拆机构（4）和定心机构回到初始状态，机器人利用履带继续向前行驶。

9.如权利要求6所述的机器人在电缆排管巡视及疏通方面中的应用。