CN211599934U - 一种管道机器人 - Google Patents

Abstract

一种管道机器人，包括：轮式驱动机构、机体吸附机构、控制单元和防水机壳，其中：所述轮式驱动机构包括被动轮变向机构和主动轮转动机构，所述被动轮变向机构包括被动轮舵机、被动轮和第一传动部件，所述主动轮转动机构包括主动轮舵机、主动轮和第二传动部件；所述机体吸附机构包括吸盘、调速真空泵和可伸缩吸杆，所述可伸缩吸杆的一端连接所述调速真空泵，另一端连接所述吸盘；所述控制单元分别与所述被动轮舵机、主动轮舵机和调速真空泵相连。本申请实施例的管道机器人能通过大于机器人本身直径的各种管径，而且在打滑或倾斜的各种磁性或非磁性材质的管道可以采用真空泵控制吸盘吸附同时轮式驱动行进，移动速度快，适应性强。

Description

一种管道机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种管道机器人。

背景技术

管道机器人用于管道检测维修、管道清理等方面，目前在市政工程管网、能源管网、各种液体、气体、固体输送管网、化工、环境保护等管网工程中已经开始应用。

在管道进行各种作业的管道机器人，一般都需要具有自主位置控制能力，因此管道机器人具有自主行走的能力，按移动方式可把管道机器人分成履带式、蠕动式、多足爬行式和轮式等类型。

目前已开发的管内机器人大多为轮式移动，轮式机器人具有结构简单、行走连续平稳、速度快、效率高、易于控制等优点，但该类机器人通常只能工作在单一直径的水平管道内，适应性差，附着力差。

实用新型内容

本申请提供一种管道机器人，以提高机器人的适应性。

本申请实施例提供一种管道机器人，包括：轮式驱动机构、机体吸附机构、控制单元和防水机壳，其中：

所述轮式驱动机构包括被动轮变向机构和主动轮转动机构，所述被动轮变向机构包括被动轮舵机、被动轮和第一传动部件，所述被动轮舵机通过所述第一传动部件与所述被动轮相连；所述主动轮转动机构包括主动轮舵机、主动轮和第二传动部件，主动轮舵机通过所述第二传动部件与所述主动轮相连；

所述机体吸附机构包括吸盘、调速真空泵和可伸缩吸杆，所述可伸缩吸杆的一端连接所述调速真空泵，另一端连接所述吸盘；

所述控制单元分别与所述被动轮舵机、主动轮舵机和调速真空泵相连，所述控制单元、被动轮舵机、主动轮舵机和调速真空泵均设置在所述防水机壳内部。

在一实施例中，所述第一传动部件包括：被动轮传动轴和前轴，所述被动轮传动轴的一端与所述被动轮舵机相连，另一端与所述前轴相连；所述前轴的中部与所述被动轮传动轴相连，所述前轴的两端分别与两个被动轮相连。

在一实施例中，所述第二传动部件包括：主动轮传动轴、锥齿轮、后轴和后轴支架，所述主动轮传动轴的一端与所述主动轮舵机相连，另一端与所述锥齿轮啮合，所述锥齿轮设置于所述后轴上，所述主动轮舵机通过所述锥齿轮驱动所述后轴，后轴安装在后轴支架上，所述后轴两端分别与两个主动轮相连，所述后轴支架设置在所述防水机壳上。

在一实施例中，所述机体吸附机构还包括弹簧和压力传感器，所述弹簧缠绕在所述可伸缩吸杆的外部，所述弹簧一端压在所述压力传感器上，另一端压在吸盘上，所述压力传感器设置在所述防水机壳上，与所述控制单元相连。

在一实施例中，所述管道机器人还包括：位于所述管道机器人后部的螺旋桨推进机构，其中，

所述螺旋桨推进机构包括螺旋桨、螺旋桨舵机、螺旋桨传动轴，所述螺旋桨舵机与所述控制单元相连，设置在所述防水机壳内部，所述螺旋桨传动轴的一端与所述螺旋桨舵机相连，另一端与所述螺旋桨相连，螺旋桨舵机通过所述螺旋桨传动轴驱动所述螺旋桨转动。

在一实施例中，所述螺旋桨推进机构还包括：水位传感器，

所述水位传感器设置在所述螺旋桨传动轴上或所述防水机壳上，所述水位传感器与所述控制单元相连。

在一实施例中，所述管道机器人还包括：位于所述管道机器人前部的探测作业机构，其中，

所述探测作业机构包括：探头旋转舵机、探头旋转传动轴和超声波探头，所述探头旋转舵机设置在所述防水机壳内部，分别与所述控制单元和探头旋转传动轴相连，所述超声波探头设置在所述探头旋转传动轴上。

在一实施例中，所述探测作业机构还包括：摄像头，

所述摄像头设置在所述探头旋转传动轴上。

在一实施例中，所述控制单元包括：

单片机、控制电路和wifi电路，所述单片机分别与所述控制电路和wifi电路相连，所述控制电路包括舵机控制电路和真空泵控制电路，所述舵机控制电路与所述被动轮舵机和主动轮舵机相连，所述真空泵控制电路与所述调速真空泵相连。

在一实施例中，所述管道机器人还包括：电源，

所述电源设置在所述防水机壳内部，分别与所述被动轮舵机、主动轮舵机、调速真空泵和控制单元相连。

本申请实施例的管道机器人能通过大于机器人本身直径的各种管径，而且在打滑或倾斜的各种磁性或非磁性材质的管道可以采用真空泵控制吸盘吸附同时轮式驱动行进，移动速度快，适应性强。

在一示例性的实施例中，所述管道机器人还包括螺旋桨推进机构，使得管道机器人可以在有水的管道通过螺旋桨推进移动，满足各种不同环境需求。

附图说明

图1为本申请实施例的外观结构示意图；

图2为本申请实施例的内部结构示意图；

图3为本申请实施例中轮式驱动机构的结构示意图；

图4为本申请实施例中机体吸附机构的结构示意图；

图5为本申请实施例的单片机控制系统的示意图。

附图标记：

1、防水机壳、2、摄像头、3、超声波探头、4、弹簧、5、可伸缩吸杆、6、吸盘、7、压力传感器、8、被动轮传动轴、9、前轴、10、被动轮、11、锥齿轮、12、后轴、13、后轴支架、14、主动轮、15、螺旋桨、16、螺旋桨传动轴、17、主动轮传动轴、18、探头旋转传动轴、19、水位传感器、20、探头旋转舵机、21、调速真空泵、22、被动轮舵机、23、电源、24、控制单元、25、主动轮舵机、26、螺旋桨舵机、31、单片机、32、wifi电路、33、舵机控制电路、34、真空泵控制电路、35、超声波控制电路、36、摄像头控制电路、37、舵机、38、计算机

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本实用新型的较佳实施方式，所述描述是以说明本实用新型的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～图3所示，本申请实施例提供一种管道机器人，包括：轮式驱动机构、机体吸附机构、控制单元24和防水机壳1，其中：

所述轮式驱动机构包括被动轮变向机构和主动轮转动机构，所述被动轮变向机构包括被动轮舵机22、被动轮10和第一传动部件，所述被动轮舵机22通过所述第一传动部件与所述被动轮10相连；所述主动轮转动机构包括主动轮舵机25、主动轮14和第二传动部件，主动轮舵机25通过所述第二传动部件与所述主动轮14相连。

在一实施例中，所述第一传动部件从所述防水机壳1的下方伸出，包括：被动轮传动轴8和前轴9，所述被动轮传动轴8的一端与所述被动轮舵机22相连，另一端与所述前轴9相连；所述前轴9的中部与所述被动轮传动轴8相连，所述前轴9的两端分别与两个被动轮10相连。

所述被动轮变向机构用于调整机器人的行进方向，在控制单元24的控制下，通过被动轮舵机22调整第一传动部件转动，从而调整被动轮10的方向。

在一实施例中，所述第二传动部件从所述防水机壳1的下方伸出，包括：主动轮传动轴17、锥齿轮11、后轴12和后轴支架13，所述主动轮传动轴17的一端与所述主动轮舵机25相连，另一端与所述锥齿轮11啮合，所述锥齿轮11设置于所述后轴12上，所述主动轮舵机25通过所述锥齿轮11驱动所述后轴12，后轴12安装在后轴支架13上，所述后轴12两端分别与两个主动轮14相连，所述后轴支架13设置在所述防水机壳1上。

所述主动轮转动机构用于驱动机器人前进或后退，在控制单元24的控制下，通过主动轮舵机25调整第二传动部件转动，从而调整主动轮14的转速。

参照图4，所述机体吸附机构包括吸盘6、调速真空泵21和可伸缩吸杆5，所述可伸缩吸杆5的一端连接所述调速真空泵21，另一端连接所述吸盘6。

所述调速真空泵21可以是锂电池调速微型真空泵。

在一实施例中，所述机体吸附机构包括两组，分别设置在管道机器人的前部和后部，每组机体吸附机构中，吸盘6和可伸缩吸杆5均为两个，分别分布在前轮和后轮旁边，使管道机器人稳定吸附在管壁上，使轮子对管壁始终保持合适的压力，辅助轮子前行。

所述机体吸附机构可用于打滑的管道，辅助轮式驱动机构行进，也可以用于倾斜甚至垂直的各种磁性或非磁性材质管道，当轮式驱动机构无法单独起作用时，机体吸附机构可以在控制单元24的控制下，通过调速真空泵21控制吸盘6的吸力，吸附在管道上，同时驱动轮式驱动机构行进。

在一实施例中，所述机体吸附机构还包括弹簧4和压力传感器7，所述弹簧4缠绕在所述可伸缩吸杆5的外部，所述弹簧4一端压在所述压力传感器7上，另一端压在吸盘6上，所述压力传感器7设置在所述防水机壳1上，与所述控制单元24相连。所述控制单元24可以用于根据所述压力传感器7传回的压力值实时调整吸盘6的吸力。

所述控制单元24分别与所述被动轮舵机22、主动轮舵机25和调速真空泵21相连，所述控制单元24、被动轮舵机22、主动轮舵机25和调速真空泵21均设置在所述防水机壳1内部。

所述防水机壳1可由轻质材料构成。防水机壳1与壳外部件连接处采用密封圈防水。

本申请实施例的管道机器人能通过大于机器人本身直径的各种管径，而且在打滑或倾斜的管道可以采用真空泵控制吸盘6吸附同时轮式驱动前进，移动速度快，适应性强。

在一实施例中，所述管道机器人还包括位于所述管道机器人后部的螺旋桨推进机构，其中，

所述螺旋桨推进机构包括螺旋桨15、螺旋桨舵机26、螺旋桨传动轴16，所述螺旋桨舵机26与所述控制单元24相连，设置在所述防水机壳1内部，所述螺旋桨传动轴16从所述防水机壳1的后部伸出，所述螺旋桨传动轴16的一端与所述螺旋桨舵机26相连，另一端与所述螺旋桨15相连，螺旋桨舵机26通过所述螺旋桨传动轴16驱动所述螺旋桨15转动。

本实施例中，管道机器人可以在有水的管道通过螺旋桨15推进移动，满足各种不同环境需求。

在一实施例中，所述螺旋桨推进机构还包括：水位传感器19，

所述水位传感器19设置在所述螺旋桨传动轴16上或所述防水机壳1上，所述水位传感器19与所述控制单元24相连。

通过所述水位传感器19，所述控制单元24可以感知水位，从而可以决定是否开启螺旋桨推进机构以及螺旋桨15的转速。

在一实施例中，所述管道机器人还包括位于所述管道机器人前部的探测作业机构，其中，

所述探测作业机构包括：探头旋转舵机20、探头旋转传动轴18和超声波探头3，所述探头旋转舵机20设置在所述防水机壳1内部，分别与所述控制单元24和探头旋转传动轴18相连，所述探头旋转传动轴18从所述防水机壳1的前部伸出，所述防水的超声波探头3设置在所述探头旋转传动轴18上。

在一实施例中，所述探测作业机构还包括：防水带LED灯的摄像头2，所述摄像头2设置在所述探头旋转传动轴18上。

通过旋转防水带LED灯的摄像头2和防水的超声波探头3可以对管道内的环境进行探伤作业。

在一实施例中，所述管道机器人还包括电源23，

所述电源23设置在所述防水机壳1内部，分别与所述被动轮舵机22、主动轮舵机25、调速真空泵21和控制单元24相连。所述电源23还与螺旋桨舵机26、探头旋转舵机20、摄像头2、超声波探头3等设备相连，用于为管道机器人中的各种设备供电。所述电源23可以是锂电池。

参照图2，在一实施例中，所述控制单元24包括：

单片机31、控制电路和wifi电路32，所述单片机31分别与所述控制电路和wifi电路32相连，所述控制电路至少包括舵机控制电路33和真空泵控制电路34，所述舵机控制电路33与舵机37相连，舵机37可以包括被动轮舵机22、主动轮舵机25、螺旋桨舵机26和探头旋转舵机20，所述真空泵控制电路34与所述调速真空泵21相连。

所述控制电路还可以包括超声波控制电路35和摄像头控制电路36，所述超声波控制电路35与超声波探头3相连，所述摄像头控制电路36与所述摄像头2相连。

所述wifi电路32可以通过wifi与计算机38(例如PC机)相连，也可以通过wifi与移动终端(例如手机)相连，单片机31可以通过wifi电路32向计算机38或移动终端传递数据和图像，也可以通过wifi电路32从计算机或移动终端获取控制指令。管道机器人可以根据控制指令执行移动、探伤作业、拍摄图像等操作，也可以根据预设的程序自动执行各种操作。

在无水水平管道中，被动轮舵机22通过被动轮传动轴8驱动两个被动轮10转向，使管道机器人在管道内改变行进方向；主动轮舵机25通过主动轮传动轴17和锥齿轮11驱动两个主动轮14转动，使管道机器人在管道内轮式行进，通过防水超声波探头3和防水带LED灯的摄像头2对管道内的环境进行管道探伤作业，摄像头图像可wifi回传PC终端实时显示，可通过计算机或手机wifi遥控操作或单片机31自主控制下运行；

在无水斜度较大或垂直管道中，压力传感器7感应到压力过小并反馈给外壳内部的单片机31，单片机31根据压力信号大小控制调速真空泵21转速来控制吸盘6吸力，使四轮对管壁保持稳定合适的压力，使管道机器人始终稳定吸附在管壁上，而且不影响管道机器人轮式驱动前进；

在有水管道中，当在水位达到一定深度，水位感应器感应到水位并反馈给外壳内部的单片机31，单片机31控制螺旋桨舵机26驱动螺旋桨15推进管道机器人在管道内行进，实现深水环境中的管道探伤作业。

综上所述，本申请实施例提供了一种水陆两栖管道机器人，能通过大于机器人本身直径的各种管径，在有水的管道螺旋桨推进，在无水的竖直管道采用真空泵控制吸盘吸附并且四轮驱动前进，移动速度很快，可携带多种功能模块，摄像头图像可wifi回传PC终端实时显示，可通过计算机或手机wifi遥控操作或单片机自主控制下运行，进行管道探伤作业等，满足各种管道的不同作业需求。

Claims (10)

1.一种管道机器人，其特征在于，包括：轮式驱动机构、机体吸附机构、控制单元和防水机壳，其中：

所述轮式驱动机构包括被动轮变向机构和主动轮转动机构，所述被动轮变向机构包括被动轮舵机、被动轮和第一传动部件，所述被动轮舵机通过所述第一传动部件与所述被动轮相连；所述主动轮转动机构包括主动轮舵机、主动轮和第二传动部件，主动轮舵机通过所述第二传动部件与所述主动轮相连；

所述机体吸附机构包括吸盘、调速真空泵和可伸缩吸杆，所述可伸缩吸杆的一端连接所述调速真空泵，另一端连接所述吸盘；

所述控制单元分别与所述被动轮舵机、主动轮舵机和调速真空泵相连，所述控制单元、被动轮舵机、主动轮舵机和调速真空泵均设置在所述防水机壳内部。

2.如权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述第一传动部件包括：被动轮传动轴和前轴，所述被动轮传动轴的一端与所述被动轮舵机相连，另一端与所述前轴相连；所述前轴的中部与所述被动轮传动轴相连，所述前轴的两端分别与两个被动轮相连。

3.如权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述第二传动部件包括：主动轮传动轴、锥齿轮、后轴和后轴支架，所述主动轮传动轴的一端与所述主动轮舵机相连，另一端与所述锥齿轮啮合，所述锥齿轮设置于所述后轴上，所述主动轮舵机通过所述锥齿轮驱动所述后轴，后轴安装在后轴支架上，所述后轴两端分别与两个主动轮相连，所述后轴支架设置在所述防水机壳上。

4.如权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述机体吸附机构还包括弹簧和压力传感器，所述弹簧缠绕在所述可伸缩吸杆的外部，所述弹簧一端压在所述压力传感器上，另一端压在吸盘上，所述压力传感器设置在所述防水机壳上，与所述控制单元相连。

5.如权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，还包括：位于所述管道机器人后部的螺旋桨推进机构，其中，

所述螺旋桨推进机构包括螺旋桨、螺旋桨舵机、螺旋桨传动轴，所述螺旋桨舵机与所述控制单元相连，设置在所述防水机壳内部，所述螺旋桨传动轴的一端与所述螺旋桨舵机相连，另一端与所述螺旋桨相连，螺旋桨舵机通过所述螺旋桨传动轴驱动所述螺旋桨转动。

6.如权利要求5所述的管道机器人，其特征在于，所述螺旋桨推进机构还包括：水位传感器，

所述水位传感器设置在所述螺旋桨传动轴上或所述防水机壳上，所述水位传感器与所述控制单元相连。

7.如权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，还包括：位于所述管道机器人前部的探测作业机构，其中，

所述探测作业机构包括：探头旋转舵机、探头旋转传动轴和超声波探头，所述探头旋转舵机设置在所述防水机壳内部，分别与所述控制单元和探头旋转传动轴相连，所述超声波探头设置在所述探头旋转传动轴上。

8.如权利要求7所述的管道机器人，其特征在于，所述探测作业机构还包括：摄像头，

所述摄像头设置在所述探头旋转传动轴上。

9.如权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，所述控制单元包括：

单片机、控制电路和wifi电路，所述单片机分别与所述控制电路和wifi电路相连，所述控制电路包括舵机控制电路和真空泵控制电路，所述舵机控制电路与所述被动轮舵机和主动轮舵机相连，所述真空泵控制电路与所述调速真空泵相连。

10.如权利要求1所述的管道机器人，其特征在于，还包括：电源，

所述电源设置在所述防水机壳内部，分别与所述被动轮舵机、主动轮舵机、调速真空泵和控制单元相连。

Images