CN205479973U - 管道爬行机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型管道爬行机器人包括依次连接的支撑模块一、伸缩模块、支撑模块二，该伸缩模块与支撑模块一、支撑模块二之间通过关节轴承连接，该支撑模块一、支撑模块二分别包括有安装座和支撑气缸、导向轮，该安装座上设有气缸直槽口和导向轮直槽口，该支撑气缸、导向轮分别安装在气缸直槽口和导向轮直槽口。本实用新型管道爬行机器人采用伸缩模块与支撑模块的结构，通过支撑气缸与导向轮的支撑与调节，伸缩模块进行推动，采用直槽口装配方案，实现无级调节，使结构更紧凑，安装座还可以安装其他模块，例如摄像模块、红外传感模块、清洁模块等等，实现模块功能的可更换性和定制化，体型小、重量轻，节约空间。

Description

管道爬行机器人

【技术领域】

本实用新型涉及机械领域，具体涉及一种管道内使用的机器人。

【背景技术】

在城市污水、天然气输送、工业物料运输、给排水和建筑物通风系统等领域里，管道作为一种有效的物料输送手段而广泛应用。管道在长期的使用中难免会破裂、堵塞、积污，为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护等，但是管道的检测、清理、维护却不是很方便，往往为了寻找管道上的一个裂纹而花费大量的人力和物力。而目前管道检测和维护多采用管道爬行机器人来进行。所谓管道爬行机器人就是一种可沿管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器件如位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器等以及操作机械如管道裂纹与管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、操作手、喷枪、刷子等，在工作人员的遥控操纵或计算机控制下可在极其恶劣的环境中，能够完成一系列管道检测维修作业的机电一体化系统。管道爬行机器人可完成的管道作业有：生产、施工过程中的管道内外质量检测；管道内部清扫、抛光、焊接、喷涂等维护；对接焊缝的探伤、补口作业；旧管道腐蚀程度、破损情况检测和泄漏预报等等。

现有技术的管道爬行机器人的驱动源大致有以下几种：微型电机、压电驱动、形状记忆合金(SMA)、气动驱动、磁致伸缩驱动、电磁转换驱动等。

根据动力源来分主要有利用管道流体压力驱动、自驱动、管外加推力的机器人。利用管道流体压力驱动的管道爬行机器人，如图1所示，该机器人分为多节，利用与管道密封的橡胶环(皮碗)，相当于活塞，在输油管内压力油作用下，推动检测机器人向前行走，主要由探头101、高压密封件102、电机仓103、电池仓104、仪器仓105、仪器仓106、万向节107、里程仓108、清管器109和皮碗110组成，依靠管内流体的压力差产生驱动力，随着管内流体的流动方向向前移动，并可携带多种传感器，但是该管道爬行机器人自身没有行走能力，其移动速度、检测区域不易控制。

自驱动类型管道爬行机器人包括有轮式、脚式、爬行式、蠕动式，还包括履带式等，如图2所示，现有技术轮式管内移动机器人，前部带有一部微型CCD摄像机，能分辨管内异物并用微型机械手实现清理，胶管联接可过弯管，适应管径：φ25mm；行走速度：0.36m/min；自重：16g。该机器人采用多轮驱动式为了增加牵引力，由于驱动轮201的轮径太小，越障能力有限，而且结构复杂。图3所示为脚式微管道爬行机器人，通过支脚301可在管道里移动，其基本原理是利用支脚推压管来支撑个体，但该类型的管道爬行机器人承重能力有限，结构较为复杂，操作不灵活。图4所示为小型蠕动机器人系统，由蠕动体401和电致伸缩位移器402、403、404组成，蠕动体的蠕动变形形态由粘贴于柔性铰链部位的电阻应变实时感应，机器人的外形尺寸为150×61×46mm，重2Kg，最大步距10μm，行程40mm，运动精度0.2μm，该管道机器人的自重太重，步距太小，操作不灵活，难以适应不同结构和尺寸的管道。

管外加推力的机器人如图5所示，“螺旋原理”的微型机器人，利用在管道外的电机501推动带有弹性线502的推动驱动部件503前进，前端设有CCD摄像机504，该类型管道机器人结构较为复杂，操作不灵活，难以适应不同结构和尺寸的管道，外加推力使得机器人使用范围有限，且受到动力源的限制。

因此，提供一种可以在管道内自由地行走，具有一定的承载能力，结构简单，容易操作的管道机器人实为必要。

【发明内容】

本实用新型的目的在于提供一种可以在管道内自由地行走，具有一定的承载能力，结构简单的管道爬行机器人。

为实现本实用新型目的，提供以下技术方案：

本实用新型管道爬行机器人包括依次连接的支撑模块一、伸缩模块、支撑模块二，该伸缩模块与支撑模块一、支撑模块二之间通过关节轴承连接，该支撑模块一、支撑模块二分别包括有安装座和支撑气缸、导向轮，该安装座上设有气缸直槽口和导向轮直槽口，该支撑气缸、导向轮分别安装在气缸直槽口和导向轮直槽口。

本实用新型管道爬行机器人采用伸缩模块与支撑模块的结构，通过支撑气缸与导向轮的支撑与调节，伸缩模块进行推动，采用直槽口装配方案，实现无级调节，使结构更紧凑，安装座还可以安装其他模块，例如摄像模块、红外传感模块、清洁模块等等，实现模块功能的可更换性和定制化，体型小、重量轻，节约空间。

优选的，该安装座包括有气缸安装板和导向轮安装板，气缸安装板上设置所述安装支撑气缸的气缸直槽口，导向轮安装板上设置所述安装导向轮的导向轮直槽口。在安装板上安装支撑气缸和导向轮，还可以安装其他模块，例如摄像模块、红外传感模块、清洁模块等等，实现模块功能的可更换性和定制化。

优选的，该导向轮安装板上还设有限位凹槽。可以使导向轮安装限位稳固，避免负载过重导致导向轮移位。

优选的，该安装座上绕轴心均布设置有两个所述气缸安装板和一个所述导向轮安装板，该结构支撑力足，移动灵活方便。

优选的，该安装座上绕轴心均布设置有一个所述气缸安装板和两个所述导向轮安装板，该结构导向轮负载分布合理，机器人移动稳定易控。

优选的，该安装座上设有轴承嵌孔以及环槽，用以安装关节轴承。

优选的，该关节轴承为球面轴承。球面轴承中的球面副使得两个支撑模块相对于伸缩模块可以绕动一个空间角度θ，机器人因此具备了过弯的能力。

优选的，该管道爬行机器人还包括有换向阀，该安装座上设有换向阀安装板。

优选的，该支撑气缸末端设有支撑块。通过支撑气缸驱动支撑块来做支撑更为稳固。优选的，该支撑块为弧形键。弧形键的支撑更贴合管道，可以适应各种管壁情况。

优选的，该安装座上绕轴心均布设置有两个所述气缸安装板和两个所述导向轮安装板。

优选的，该伸缩模块为单活塞杆双作用气缸。该单活塞杆双作用气缸的活塞前进或后退都能输出力(推力或拉力)，从而推动该管道爬行机器人的前行移动，结构简单，行程可根据需要选择。

对比现有技术，本实用新型具有以下优点：

本实用新型管道爬行机器人采用伸缩模块与支撑模块的结构，通过支撑气缸与导向轮的支撑与调节，伸缩模块进行推动，采用直槽口装配方案，实现无级调节，使结构更紧凑，安装座还可以安装其他模块，例如摄像模块、红外传感模块、清洁模块等等，实现模块功能的可更换性和定制化，体型小、重量轻，节约空间。本实用新型管道爬行机器人通过简单的伸缩模块与支撑模块的结构可以在管道内自由地行走，具有一定的承载能力，结构简单。本实用新型管道爬行机器人采用气动驱动，动力较大，使得机器人具有承担一定负载的能力，通过调节气压可以实现动力大小的调节。主体部分采用三段式结构，由关节轴承联接而成，蠕动实现过弯管道的功能。电路板外接，机器人主体部分可以较好地适应潮湿的环境。伸缩模块采用单活塞杆双作用气缸，气缸本身即可实现往复的直线运动，简化了机构。机器人的支撑模块的气缸直槽口和导向轮直槽口设计可以通过根据需要调节支撑“脚”的不同长度，以适应不同内径的管道。

【附图说明】

图1是现有技术利用管内流体压力的管道爬行机器人的结构示意图；

图2是现有技术轮式自驱动的管道爬行机器人的结构示意图；

图3是现有技术脚式自驱动的管道爬行机器人的结构示意图；

图4是现有技术蠕动体结构的管道爬行机器人的结构示意图；

图5是现有技术管道外驱动力的管道爬行机器人的结构示意图；

图6是本实用新型管道爬行机器人实施例一的安装座正面示意图；

图7是本实用新型管道爬行机器人实施例一的安装座轴承安装面示意图；

图8是本实用新型管道爬行机器人实施例一支撑模块一的结构示意简图；

图9是本实用新型管道爬行机器人实施例二的结构立体示意图；

图10是本实用新型管道爬行机器人实施例二的结构正视图；

图11是本实用新型管道爬行机器人实施例三支撑模块一的结构示意简图；

图12是本实用新型管道爬行机器人实施例三的结构示意简图。

【具体实施方式】

请参阅图6～8，本实用新型管道爬行机器人包括依次连接的支撑模块一、伸缩模块、支撑模块二，该伸缩模块与支撑模块一、支撑模块二之间通过关节轴承连接，该支撑模块一、支撑模块二分别包括有安装座610和支撑气缸602、导向轮601，该安装座610上绕轴心均布设置有一个气缸安装板620和两个导向轮安装板630。该气缸安装板620上设有气缸直槽口621，该导向轮安装板630上设有导向轮直槽口631，该支撑气缸602、导向轮601分别安装在气缸直槽口621和导向轮直槽口631。

本实用新型管道爬行机器人采用伸缩模块与支撑模块的结构，通过支撑气缸与导向轮的支撑与调节，伸缩模块进行推动，采用直槽口装配方案，实现无级调节，使结构更紧凑，安装座还可以安装其他模块，例如摄像模块、红外传感模块、清洁模块等等，实现模块功能的可更换性和定制化，体型小、重量轻，节约空间。在安装板的直槽口上安装支撑气缸和导向轮之外，还可以安装其他模块，例如摄像模块、红外传感模块、清洁模块等等，实现模块功能的可更换性和定制化。

该导向轮安装板630上还设有限位凹槽632，可以使导向轮安装限位稳固，避免负载过重导致导向轮移位。该安装座610中心设有轴承嵌孔640以及环槽641，该安装座610上还设有轴承安装孔642，用以固定安装关节轴承。

请参阅图9和图10，实施例二中，该安装座610上绕轴心均布设置有两个所述气缸安装板620和一个所述导向轮安装板630，该结构导向轮负载分布合理，机器人移动稳定易控。

该关节轴承为球面轴承690。球面轴承中的球面副使得两个支撑模块相对于伸缩模块680可以绕动一个空间角度θ，机器人因此具备了过弯的能力。

该管道爬行机器人还包括有换向阀660，该安装座上设有换向阀安装板661。

该管道爬行机器人还包括有控制器670，该安装座上设有控制器安装板671。

该支撑气缸602末端设有支撑块。通过支撑气缸驱动支撑块来做支撑更为稳固。本实施例中，该支撑块为弧形键651。弧形键的支撑更贴合管道，可以适应各种管壁情况。

在本实施例中，该伸缩模块680为单活塞杆双作用气缸。

请参阅图11和图12，实施例三，该安装座上绕轴心均布设置有两个所述气缸安装板和两个所述导向轮安装板，呈十字分布，该气缸安装板上安装支撑气缸602，该导向轮安装板上安装导向轮601。

以实施例三为例说明本发明气动管道爬行机器人工作原理。

机器人向后爬行的工作过程：

a、初始状态，前后的两组支撑气缸均处于伸出状态(支撑状态)，单活塞杆双作用气缸的活塞杆处于伸出状态，机器人靠支撑气缸上的支撑块摩擦力的作用停留在管道中；

b、上方支撑模块一的支撑气缸602收缩，支撑模块一靠着模块上的导向轮601支撑前头部分；

c、单活塞杆双作用气缸的活塞杆收缩，支撑模块一向下移动一个活动行程，机器人沿管道内壁向下运动；

d、支撑模块一的支撑气缸撑开，支撑块摩擦力的作用使支撑模块一固定于管道；

e、支撑模块二的支持气缸602收缩，支撑模块二靠着模块上的导向轮601支撑后头部分；

f、单活塞杆双作用气缸的活塞杆向下推出，支撑模块二向下移动一个活动行程，同时机器人沿管道内壁向下运动；该步骤以后机器人的状态恢复至a状态，重复以上的动作，机器人不断向下移动。

机器人向前爬行的工作过程与上述向后爬行的工作过程相反：

1、初始状态，前后的两组气缸均处于伸出状态(支撑状态)，单活塞杆双作用气缸的活塞杆处于伸出状态，机器人靠支持气缸602上支撑块摩擦力的作用停留在管道中；

2、支撑模块二的支持气缸602收缩，支撑模块二靠着模块上的导向轮601支撑后头部分；

3、单活塞杆双作用气缸的活塞杆收缩，支撑模块二向上移动一个活动行程，机器人沿管道内壁向上运动；

4、支撑模块二的支持气缸602撑开；

5、支撑模块一的支持气缸602收缩，支撑模块一靠着模块上的导向轮601支撑前头部分；

6、单活塞杆双作用气缸的活塞杆向上推出，支撑模块一向上移动一个活动行程，同时机器人沿管道内壁向上运动；第6步以后机器人的状态恢复至1，重复以上的动作，机器人不断向上移动。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型技术方案上的等效变换均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道爬行机器人，其特征在于，

其包括依次连接的支撑模块一、伸缩模块、支撑模块二，该伸缩模块与支撑模块一、支撑模块二之间通过关节轴承连接，该支撑模块一、支撑模块二分别包括有安装座和支撑气缸、导向轮，该安装座上设有气缸直槽口和导向轮直槽口，该支撑气缸、导向轮分别安装在气缸直槽口和导向轮直槽口。

2.如权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于，该安装座包括有气缸安装板和导向轮安装板，气缸安装板上设置所述安装支撑气缸的气缸直槽口，导向轮安装板上设置所述安装导向轮的导向轮直槽口。

3.如权利要求2所述的管道爬行机器人，其特征在于，该导向轮安装板上还设有限位凹槽。

4.如权利要求2或3所述的管道爬行机器人，其特征在于，该安装座上绕轴心均布设置有两个所述气缸安装板和一个所述导向轮安装板，或该安装座上绕轴心均布设置有一个所述气缸安装板和两个所述导向轮安装板。

5.如权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于，该安装座上设有轴承嵌孔以及环槽。

6.如权利要求5所述的管道爬行机器人，其特征在于，该关节轴承为球面轴承。

7.如权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于，该管道爬行机器人还包括有换向阀，该安装座上设有换向阀安装板。

8.如权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于，该支撑气缸末端设有支撑块。

9.如权利要求2或3所述的管道爬行机器人，其特征在于，该安装座上绕轴心均布设置有两个所述气缸安装板和两个所述导向轮安装板。

10.如权利要求1所述的管道爬行机器人，其特征在于，该伸缩模块为单活塞杆双作用气缸。