CN117028744B - 一种管道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道巡检机器人，属于管道机器人技术领域。管道巡检机器人包括管道交点通行机构、过液位底盘一和过液位底盘二，过液位底盘一和过液位底盘二结构相同，且镜像分布在管道交点通行机构两侧，过液位底盘一和过液位底盘二与管道接触点所形成的平面位于管道中心线的上方；管道交点通行机构呈双层铰接结构，用于巡检机器人在管道交点处的转向或通行，过液位底盘一固定连接在管道交点通行机构的一层，过液位底盘二活动连接在管道交点通行机构的另一层。过液位底盘一和过液位底盘二形成特殊的行进路线，使巡检设备在管道中线附近移动，这种远离液位面的行进路线可避免因涉水导致的使用风险，提高了管道巡检机器人的巡检能力。

Description

一种管道巡检机器人

技术领域

本发明属于管道机器人技术领域，尤其是一种管道巡检机器人。

背景技术

现有管道巡检机器人普遍沿管道最底部行进，而过水管道底部存积水，巡检机器人涉水故障的风险较高，严重影响管道巡检进程；另外，这种会涉水的巡检机器人严重限制巡检项目种类，一些摄像、光电设备在水下的工作效果无法呈现；还有，管道底部的沉积环境会影响巡检机器人的行进和转向。综上，体现了现有管道巡检机器人在过水管道巡检时工作能力不足。

发明内容

发明目的：提供一种管道巡检机器人，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种管道巡检机器人，包括管道交点通行机构、过液位底盘一和过液位底盘二，所述过液位底盘一和过液位底盘二结构相同，且镜像分布在管道交点通行机构两侧，所述过液位底盘一和过液位底盘二与管道接触点所形成的平面位于管道中心线的上方；所述管道交点通行机构呈双层铰接结构，用于巡检机器人在管道交点处的转向或通行，所述过液位底盘一固定连接在管道交点通行机构的一层，所述过液位底盘二活动连接在管道交点通行机构的另一层。

进一步的，所述过液位底盘一包括底盘骨架、主动轮系、主动轮驱动装置和电源，所述底盘骨架上安装有主动轮驱动装置和电源，所述主动轮驱动装置通过电线连接电源，所述主动轮驱动装置为双输出轴电机，所述底盘骨架上安装有两组主动轮系，两组所述主动轮系分别与主动轮驱动装置的两个输出端传动连接。

进一步的，所述过液位底盘一还包括副轮系和副轮驱动组件，所述副轮驱动组件安装在底盘骨架上，所述副轮驱动组件包括副轮电缸、连杆和滑杆，所述副轮电缸安装在底盘骨架上，所述副轮电缸的输出端铰接有连杆的一端，所述连杆的数量为两个，两个所述连杆的另一端均铰接有滑杆，所述滑杆滑动设置在底盘骨架上，两个所述滑杆上分别安装有一组副轮系，所述副轮系包括副轮轴、副轴套和副轮胎，所述副轮轴安装在滑杆上，所述副轮轴上套装有副轴套，所述副轴套上安装有副轮胎。

进一步的，所述主动轮系与副轮系结构相同，所述过液位底盘一还包括张紧带和张紧轮，所述张紧轮铰接在底盘骨架上，所述张紧轮、副轴套和主动轮系的主轴套呈三角形分布，所述张紧带连接在张紧轮、副轴套和主动轮系的主轴套上，用于传递主动轮驱动装置的驱动力至副轮系。

进一步的，所述主动轮系的主轮轴和张紧轮顶部共同设置有巡检设备板，用于承载巡检设备，所述巡检设备包括摄像头、光源和测距装置。

进一步的，所述过液位底盘一还包括防坠顶杆，所述防坠顶杆螺纹连接在底盘骨架上，所述防坠顶杆与管道配合，用于防止巡检机器人重心失稳。

进一步的，所述管道交点通行机构包括通行载盘、转向柱、底盘牵引滑杆、通行电缸、连接杆、转向环和转向电机，所述通行载盘上安装有转向柱，所述转向柱上套装有转向环，所述转向柱顶部安装有转向电机，所述转向电机与转向环传动连接，所述转向环上安装有连接杆，所述连接杆与过液位底盘一连接，所述通行载盘上开设有滑孔，所述底盘牵引滑杆设置在滑孔内，所述底盘牵引滑杆的一端与过液位底盘二连接，另一端与通行电缸的输出端连接，所述通行电缸安装在通行载盘底部。

进一步的，所述通行载盘与转向环之间设有推力轴承，所述转向柱与转向环之间设有润滑轴承。

进一步的，所述巡检机器人还包括遥控单元和中控单元，所述遥控单元与无线遥控器匹配，用于接收无线遥控器指令并传输至中控单元，所述中控单元分别与主动轮驱动装置、副轮电缸和巡检设备电连接。

有益效果：本发明所提供的管道巡检机器人借助过液位底盘一和过液位底盘二形成特殊的行进路线，使巡检设备在管道中线附近移动，这种远离液位面的行进路线可避免因涉水导致的机器人使用风险，且不涉水的工作环境拓宽了巡检机器人装配巡检设备的范围，另外管道交点通行机构可满足特殊行进路线下的转向或直线通行，丰富了管道巡检机器人的工作内容并提高了管道巡检机器人的巡检能力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中过液位底盘一的结构示意图；

图3是本发明在图2中A处的放大图；

图4是本发明中管道交点通行机构的结构示意图；

图5是本发明在管道交点直行的状态示意图；

图6是本发明在管道交点转弯的状态示意图。

附图标记为：1、过液位底盘一；11、底盘骨架；12、副轮系；121、副轮轴；122、副轴套；123、副轮胎；13、副轮驱动组件；131、副轮电缸；132、连杆；133、滑杆；14、主动轮系；15、张紧带；16、张紧轮；17、主动轮驱动装置；18、电源；19、防坠顶杆；2、管道交点通行机构；21、通行载盘；22、转向柱；23、底盘牵引滑杆；24、通行电缸；25、连接杆；26、转向环；27、转向电机；3、过液位底盘二；4、管道。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如图1-图6所示，一种管道巡检机器人，包括管道交点通行机构2、过液位底盘一1和过液位底盘二3，过液位底盘一1和过液位底盘二3结构相同，且镜像分布在管道交点通行机构2两侧，过液位底盘一1和过液位底盘二3与管道4接触点所形成的平面位于管道4中心线的上方；管道交点通行机构2呈双层铰接结构，用于巡检机器人在管道交点处的转向或通行，过液位底盘一1固定连接在管道交点通行机构2的一层，过液位底盘二3活动连接在管道交点通行机构2的另一层。

本发明所提供的管道巡检机器人借助过液位底盘一1和过液位底盘二3形成特殊的行进路线，使巡检设备在管道4中线附近移动，这种远离液位面的行进路线可避免因涉水导致的机器人使用风险，且不涉水的工作环境拓宽了巡检机器人装配巡检设备的范围，另外管道交点通行机构2可满足特殊行进路线下的转向或直线通行，丰富了管道巡检机器人的工作内容并提高了管道巡检机器人的巡检能力。

如图2所示，过液位底盘一1包括底盘骨架11、主动轮系14、主动轮驱动装置17和电源18，底盘骨架11上安装有主动轮驱动装置17和电源18，主动轮驱动装置17通过电线连接电源18，主动轮驱动装置17为双输出轴电机，底盘骨架11上安装有两组主动轮系14，两组主动轮系14分别与主动轮驱动装置17的两个输出端传动连接，具体的，主动轮驱动装置17的输出端和主动轮系14上均安装有锥齿轮，两者通过锥齿轮传动，实现了主动轮系14的水平设置，主动轮系14的设置姿态亦可与水平面呈锐角，这样设置主动轮系14可降低主动轮系14轴向负载。

过液位底盘一1通过底盘骨架11为其它部件提供安装工位，在主动轮驱动装置17驱动主动轮系14时，过液位底盘一1具备了行进能力，机器人底盘也就具备了基础的功能。

其中，过液位底盘一1还包括副轮系12和副轮驱动组件13，副轮驱动组件13安装在底盘骨架11上，副轮驱动组件13包括副轮电缸131、连杆132和滑杆133，副轮电缸131安装在底盘骨架11上，副轮电缸131的输出端铰接有连杆132的一端，连杆132的数量为两个，两个连杆132的另一端均铰接有滑杆133，滑杆133滑动设置在底盘骨架11上，两个滑杆133上分别安装有一组副轮系12，副轮系12包括副轮轴121、副轴套122和副轮胎123，副轮轴121安装在滑杆133上，副轮轴121上套装有副轴套122，副轴套122上安装有副轮胎123。

括副轮系12和副轮驱动组件13的设置使过液位底盘一1与管道4的接触面积变大，过液位底盘一1的运行稳定性问题得到解决，且副轮系12可在副轮驱动组件13的驱动下进行展开和收回两种工作效果，即展开时与管道4接触，有利于过液位底盘一1的稳定，收回时，与管道4分离，由于进入新管道4的导向和驶出现有管道4的转向。

如图1-图3所述，主动轮系14与副轮系12结构相同，过液位底盘一1还包括张紧带15和张紧轮16，张紧轮16铰接在底盘骨架11上，张紧轮16、副轴套122和主动轮系14的主轴套呈三角形分布，张紧带15连接在张紧轮16、副轴套122和主动轮系14的主轴套上，用于传递主动轮驱动装置17的驱动力至副轮系12。

张紧带15用于主动轮系14与副轮系12的联动，张紧轮16的设置是为了保障副轮系12展开时，张紧带15的工作效果稳定。副轮胎123和主轮胎优选钉胎，以防止管道4内壁的淤积物导致打滑。

其中，主动轮系14的主轮轴和张紧轮16顶部共同设置有巡检设备板，用于承载巡检设备，巡检设备包括摄像头、光源和测距装置。巡检设备还包括管道探伤仪器、测距装置和管壁清洁设备等，巡检设备板起到保护主动轮驱动装置17的作用外，为巡检设备提供安装工位，是拓宽巡检机器人适用范围的关键设计。

过液位底盘一1还包括防坠顶杆19，防坠顶杆19螺纹连接在底盘骨架11上，防坠顶杆19与管道4配合，用于防止巡检机器人重心失稳。防坠顶杆19可在顶部增加冗余自由度设计，以降低工作时与管道4的磨损。

管道交点通行机构2包括通行载盘21、转向柱22、底盘牵引滑杆23、通行电缸24、连接杆25、转向环26和转向电机27，通行载盘21上安装有转向柱22，转向柱22上套装有转向环26，转向柱22顶部安装有转向电机27，转向电机27与转向环26传动连接，转向环26上安装有连接杆25，连接杆25与过液位底盘一1连接，通行载盘21上开设有滑孔，底盘牵引滑杆23设置在滑孔内，底盘牵引滑杆23的一端与过液位底盘二3连接，另一端与通行电缸24的输出端连接，通行电缸24安装在通行载盘21底部。管道交点通行机构2虽然只有一个转向电机27，但利用自身安装位置结合过液位底盘二3与过液位底盘一1的设置状态即可实现对两个部件的转向控制，利用简单的结构设计就实现了转向和伸缩的功能。

其中，通行载盘21与转向环26之间设有推力轴承，转向柱22与转向环26之间设有润滑轴承。轴承的增设降低了管道交点通行机构2的转向耗能和损耗。

巡检机器人还包括遥控单元和中控单元，遥控单元与无线遥控器匹配，用于接收无线遥控器指令并传输至中控单元，中控单元分别与主动轮驱动装置17、副轮电缸131和巡检设备电连接。

如图1-6所示，本发明所提供的管道巡检机器人在使用时，包括以下步骤：

步骤1：判断巡检机器人中两组主动轮系14的有效间距H在管道4内的设置高度是否在水位线上，若是，则执行步骤2，否则，存在涉水风险，巡检机器人不能进行巡检工作；

步骤2：根据巡检机器人的工作项目选择合适的巡检设备，并安装在巡检设备板上；

步骤3：根据巡检机器人中两组主动轮系14的有效间距H将巡检机器人水平设置在管道4内的合适位置，并调节防坠顶杆19的顶部靠近管道4内壁的顶部；

步骤4：利用无线遥控器向中控单元传输副轮系12展开的指令；

具体的，操作人员通过无线遥控器向中控单元接发出指令，指令由遥控单元接收并传输给中控单元，中控单元控制副轮电缸131输出，在连杆作用下，连杆132推动两个滑杆133彼此远离，从而使两组副轮系12彼此远离，直至副轮胎123与管道4内壁接触，副轮电缸131停止输出，此时巡检机器人通过最大的接触面积与管道4接触，行进过程更加平稳，不会偏离管道4中心线；

步骤5：利用无线遥控器控制巡检机器人在管道4内行进；

具体的，当遇到管道交点时，如图5所示，若巡检路线为直线，则控制巡检机器人的过液位底盘一1与管道4接触，过液位底盘二3驶过管道4至交点通道位置，然后控制过液位底盘二3的副轮系收回，此过程与步骤4的过程相反，是为了提高过液位底盘二3进入下节管道4的难度，然后控制通行电缸24输出，使底盘牵引滑杆23相对通行载盘21滑动，直至过液位底盘二3驶入下一节管道4，然后再次控制过液位底盘二3的副轮系展开，并驱动过液位底盘二3在新驶入的管道4内前进，过液位底盘一1驶入管道交点后，控制通行电缸24输出，使过液位底盘二3和过液位底盘一1彼此靠近，随着过液位底盘二3的前行，过液位底盘一1也驶入新的管道4；

如图6所示，若巡检路线为折线，即需要转弯时，则控制巡检机器人的过液位底盘一1与管道4接触，管道交点通行机构2驶至管道交点位置，此过程中，巡检机器人与管道4接触面积逐渐减少（最终只有过液位底盘一1的副轮系12与管道4接触），会出现重心失稳，即存在过液位底盘二3向下倾斜的趋势，在防坠顶杆19与管道4顶部的配合下，巡检机器人的重心失稳的程度较小，然后控制转向电机27输出，因为过液位底盘一1仍与管道4稳定接触，转向电机27的输出驱使通行载盘21转动，随之过液位底盘二3转动，当转至转弯角度时，控制过液位底盘二3的副轮系收回，然后控制通行电缸24输出，使底盘牵引滑杆23相对通行载盘21滑动，直至过液位底盘二3驶入下一节管道4，然后再次控制过液位底盘二3的副轮系展开，使过液位底盘二3与新驶入的管道4稳定接触，然后控制过液位底盘一1的副轮系12收回，与之前收回副轮系不同，此次收回副轮系12的程度需要满足管道交点通行机构2轴线至副轮胎123的有效距离L小于管道交点的允许转动半径R（该值由步骤3中巡检机器人在管道4中的放置位置得到），然后转向电机27输出，因为这次过液位底盘二3稳定设置，转向电机27的输出驱动过液位底盘一1转动，直至过液位底盘一1与过液位底盘二3共线后转向电机27停止输出，然后通行电缸24输出，使过液位底盘一1与过液位底盘二3彼此靠近，然后在过液位底盘二3的行进下，将过液位底盘一1带入新一节的管道4内，然后控制过液位底盘一1的副轮系12展开。

上述关于巡检机器人行进位置和转向情况的信息由巡检设备中的摄像头提供给操作人员。

以上结合附图详细描述了发明的优选实施方式，但是，发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在发明的技术构思范围内，可以对发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于发明的保护范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

Claims (5)

1.一种管道巡检机器人，其特征在于，包括管道交点通行机构（2）、过液位底盘一（1）和过液位底盘二（3），所述过液位底盘一（1）和过液位底盘二（3）结构相同，且镜像分布在管道交点通行机构（2）两侧，所述过液位底盘一（1）和过液位底盘二（3）与管道（4）接触点所形成的平面位于管道（4）中心线的上方；所述管道交点通行机构（2）呈双层铰接结构，用于巡检机器人在管道交点处的转向或通行，所述过液位底盘一（1）固定连接在管道交点通行机构（2）的一层，所述过液位底盘二（3）活动连接在管道交点通行机构（2）的另一层；

其中，所述管道交点通行机构（2）包括通行载盘（21）、转向柱（22）、底盘牵引滑杆（23）、通行电缸（24）、连接杆（25）、转向环（26）和转向电机（27），所述通行载盘（21）上安装有转向柱（22），所述转向柱（22）上套装有转向环（26），所述转向柱（22）顶部安装有转向电机（27），所述转向电机（27）与转向环（26）传动连接，所述转向环（26）上安装有连接杆（25），所述连接杆（25）与过液位底盘一（1）连接，所述通行载盘（21）上开设有滑孔，所述底盘牵引滑杆（23）设置在滑孔内，所述底盘牵引滑杆（23）的一端与过液位底盘二（3）连接，另一端与通行电缸（24）的输出端连接，所述通行电缸（24）安装在通行载盘（21）底部；

所述过液位底盘一（1）包括底盘骨架（11）、主动轮系（14）、主动轮驱动装置（17）和电源（18），所述底盘骨架（11）上安装有主动轮驱动装置（17）和电源（18），所述主动轮驱动装置（17）通过电线连接电源（18），所述主动轮驱动装置（17）为双输出轴电机，所述底盘骨架（11）上安装有两组主动轮系（14），两组所述主动轮系（14）分别与主动轮驱动装置（17）的两个输出端传动连接；

所述过液位底盘一（1）还包括副轮系（12）和副轮驱动组件（13），所述副轮驱动组件（13）安装在底盘骨架（11）上，所述副轮驱动组件（13）包括副轮电缸（131）、连杆（132）和滑杆（133），所述副轮电缸（131）安装在底盘骨架（11）上，所述副轮电缸（131）的输出端铰接有连杆（132）的一端，所述连杆（132）的数量为两个，两个所述连杆（132）的另一端均铰接有滑杆（133），所述滑杆（133）滑动设置在底盘骨架（11）上，两个所述滑杆（133）上分别安装有一组副轮系（12），所述副轮系（12）包括副轮轴（121）、副轴套（122）和副轮胎（123），所述副轮轴（121）安装在滑杆（133）上，所述副轮轴（121）上套装有副轴套（122），所述副轴套（122）上安装有副轮胎（123）；

所述过液位底盘一（1）还包括防坠顶杆（19），所述防坠顶杆（19）螺纹连接在底盘骨架（11）上，所述防坠顶杆（19）与管道（4）配合，用于防止巡检机器人重心失稳；

管道巡检机器人在使用时，若巡检路线为折线，即需要转弯时，则控制巡检机器人的过液位底盘一（1）与管道（4）接触，管道交点通行机构（2）驶至管道交点位置，此过程中，巡检机器人与管道（4）接触面积逐渐减少，最终只有过液位底盘一（1）的副轮系（12）与管道（4）接触，会出现重心失稳，即存在过液位底盘二（3）向下倾斜的趋势，在防坠顶杆（19）与管道（4）顶部的配合下，巡检机器人的重心失稳的程度较小，然后控制转向电机（27）输出，因为过液位底盘一（1）仍与管道（4）稳定接触，转向电机（27）的输出驱使通行载盘（21）转动，随之过液位底盘二（3）转动，当转至转弯角度时，控制过液位底盘二（3）的副轮系收回，然后控制通行电缸（24）输出，使底盘牵引滑杆（23）相对通行载盘（21）滑动，直至过液位底盘二（3）驶入下一节管道（4），然后再次控制过液位底盘二（3）的副轮系展开，使过液位底盘二（3）与新驶入的管道（4）稳定接触，然后控制过液位底盘一（1）的副轮系（12）收回，与之前收回副轮系不同，此次收回副轮系（12）的程度需要满足管道交点通行机构（2）轴线至副轮胎（123）的有效距离小于管道交点的允许转动半径，然后转向电机（27）输出，因为这次过液位底盘二（3）稳定设置，转向电机（27）的输出驱动过液位底盘一（1）转动，直至过液位底盘一（1）与过液位底盘二（3）共线后转向电机（27）停止输出，然后通行电缸（24）输出，使过液位底盘一（1）与过液位底盘二（3）彼此靠近，然后在过液位底盘二（3）的行进下，将过液位底盘一（1）带入新一节的管道（4）内，然后控制过液位底盘一（1）的副轮系（12）展开。

2.根据权利要求1所述的一种管道巡检机器人，其特征在于，所述主动轮系（14）与副轮系（12）结构相同，所述过液位底盘一（1）还包括张紧带（15）和张紧轮（16），所述张紧轮（16）铰接在底盘骨架（11）上，所述张紧轮（16）、副轴套（122）和主动轮系（14）的主轴套呈三角形分布，所述张紧带（15）连接在张紧轮（16）、副轴套（122）和主动轮系（14）的主轴套上，用于传递主动轮驱动装置（17）的驱动力至副轮系（12）。

3.根据权利要求2所述的一种管道巡检机器人，其特征在于，所述主动轮系（14）的主轮轴和张紧轮（16）顶部共同设置有巡检设备板，用于承载巡检设备，所述巡检设备包括摄像头、光源和测距装置。

4.根据权利要求1所述的一种管道巡检机器人，其特征在于，所述通行载盘（21）与转向环（26）之间设有推力轴承，所述转向柱（22）与转向环（26）之间设有润滑轴承。

5.根据权利要求1所述的一种管道巡检机器人，其特征在于，所述巡检机器人还包括遥控单元和中控单元，所述遥控单元与无线遥控器匹配，用于接收无线遥控器指令并传输至中控单元，所述中控单元分别与主动轮驱动装置（17）、副轮电缸（131）和巡检设备电连接。