CN216479626U - 一种适用于不同管径的管道机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种适用于不同管径的管道机器人，包括线性连接的控制器单元、动力单元以及两个行走单元，所述动力单元为行走单元和控制器单元供电；两个所述行走单元分别位于控制器单元的前后两侧，架着控制器单元移动，动力单元的末端设有向外伸展的辅助行走支架，辅助行走支架跟随行走单元一起在管道内行进；所述行走单元包括中心主架和N个安装在中心主架四周的可折叠活动支臂，调节活动支臂相对于中心主架的折叠程度，用以适应不同内径大小的管道；所述中心主架上还搭载有用于检测管道内情况的检测器件，检测器件与控制器单元电性连接。行走单元上支臂的可折叠结构使得管道机器人适用于各种内径的管道。

Description

一种适用于不同管径的管道机器人

技术领域

本申请涉及智能机器人技术领域，更具体地说，尤其涉及一种适用于不同管径的管道机器人。

背景技术

随着中国城市化进程的快速发展，城市所需的地下管网越来越多。地下管网是城市的“生命线”，是城市赖以生存和发展的基础，在城市基础设施高质量发展中发挥着重要作用。然而，当前我国一些城市地下管网建设水平相对滞后，已无法满足经济高质量发展的要求，比如管道建设过程中会需要通过某种方式来记录管道的地理位置，以便后期的为护和保养。

管道机器人是一种可沿管道内部行走，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，可进行一系列管道作业的特种机器人，包括多种检测设备。由于管道分布的情况各有不同，用途不同，因此管径大小也不同，如何使得管道机器人实现自动调节以适应不同管径大小的管道已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种能够适应不同管径大小的管道机器人，行走单元的支臂能够根据管径大小进行调节。

本申请提供的技术方案如下：一种适用于不同管径的管道机器人，包括线性连接的控制器单元、动力单元以及两个行走单元，所述动力单元为行走单元和控制器单元供电；两个所述行走单元分别位于控制器单元的前后两侧，架着控制器单元移动，动力单元的末端设有向外伸展的辅助行走支架，辅助行走支架跟随行走单元一起在管道内行进；所述行走单元包括中心主架和N个安装在中心主架四周的可折叠活动支臂，调节活动支臂相对于中心主架的折叠程度，用以适应不同内径大小的管道；所述中心主架上还搭载有用于检测管道内情况的检测器件，检测器件与控制器单元电性连接。

作为优选，所述行走单元还包括N个安装在中心主架四周的可折叠随动支臂，所述随动支臂和活动支臂反向间隔设置。

作为优选，所述管道机器人适用于倾斜角度在30°-90°的管道，可实现双向行进。

作为优选，所述管道机器人适用于垂直管道。

作为优选，每个所述行走单元的中心主架的外侧均设置有一传感器舱，每个传感器舱内均安装有一组检测器件；当管道机器人在管道内前进时，位于前端的检测器件工作；当管道机器人在管道内后退时，位于后端的检测器件工作。

作为优选，所述传感器舱为全透明半球形状的亚克力外壳。

作为优选，两个所述行走单元结构相同，朝向相反。

作为优选，所述活动支臂带有电机，活动支臂的外端部设有行走轮，电机用于驱动行走轮的转动。

作为优选，所述中心主架包括第一固定座、第二固定座以及预紧轴座，预紧轴座一侧通过第一螺杆与第一固定座连接，预紧轴座另一侧通过第二螺杆与第二固定座连接；所述第一固定座和第二固定座之间设有相互穿插的N个第一导向轴和N个第二导向轴；第一导向轴和第二导向轴的中部均设有一连接座；所述活动支臂的中部与对应的第一导向轴的连接座通过可折叠活动板连接，第一导向轴上套设有弹性件，弹性件位于第一预紧块的支架与第二固定座之间；所述随动支臂的中部与对应的第二导向轴的连接座通过可折叠活动板连接，第二导向轴上套设有弹性件，弹性件位于第二预紧块的支架与第一固定座之间。

作为优选，所述预紧轴座的外圈均匀设有多个凹口，第一固定座和第二固定座之间设有多个限位板；所述限位板插入预紧轴座的凹口内，用于防止预紧轴座的周向旋转。

作为优选，所述第一固定座和第一螺杆之间通过第一预紧块连接，第二固定座和第二螺杆之间通过第二预紧块连接；所述第一预紧块和第二预紧块的一圈均伸出N个支架，每个支架上均设有导向槽；所述第一导向轴穿过第一预紧块的导向槽设置，所述第二导向轴穿过第二预紧块的导向槽设置。

作为优选，所述传感器舱位于第一固定座外侧或第二固定座外侧。

有益效果：本申请中设置两个行走单元和辅助行走支架带动整个管道机器人在管道内行进，活动支臂和随动支臂的双重强有力支撑作用使得管道机器人适用于倾斜角度在30°-90°的管道，尤其适用于在垂直管道内的行进；行走单元上活动支臂和随动支臂的可折叠结构使得管道机器人适用于各种内径的管道。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的管道机器人示意图；

图2为图1中的行走单元示意图；

图3为图2中的中心主架示意图（1）；

图4为图2中的中心主架示意图（2）；

图5为图2中的支臂示意图；

图6为第一预紧块示意图；

图7为预紧轴座示意图；

图中：100、行走单元；200、控制器单元；300、动力单元；310、辅助行走支架；400、万向节；410、万向节连接座410； 110、传感器舱；120、活动支臂；130、随动支臂；1001、第一固定座；1002、第二固定座；1003、预紧轴座；1003-1、凹口；1005、弹性件；1006、第一螺杆；1007、第二螺杆；1008、第一预紧块；1008-1，支架；1009-1、第一导向轴；1009-2、第二导向轴； 1501、连接座；1502、活动板；2002、臂式安装架；2003、电机；2004、行走轮。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

一种适用于不同管径的管道机器人，如图1所示，包括通过万向节400相互线性连接的控制器单元200、动力单元300以及两个行走单元100。线性连接是指控制器单元200、动力单元300以及两个行走单元100的中心轴线重合，管道机器人整体呈直线型结构。动力单元300为行走单元100和控制器单元200供电，两个行走单元100分别位于控制器单元200的前后两侧，架着控制器单元200移动，控制器单元200通过万向节400与行走单元100连接。其中一个行走单元100依次通过万向节400与动力单元300连接，动力单元300的末端设有向外伸展的辅助行走支架310，辅助行走支架310跟随行走单元100一起在管道内行进。四个部件之间通过万向节400相互连接。万向节400主要用于前一单元与后一单元相连接并且具有万向活动效果，从而达到机器人机体弯曲自适应的效果。本申请中，各单元之间的连接部件不仅仅限于万向节400，采用与万向节400起到同样作用的连接部件的机器人结构也在本申请的保护范围内。再者，关于各单元的连接关系不限于本实施例附图中公开的这种形式，在保证机器人在管道内行进的前提下，四个单元（即控制器单元200、动力单元300以及两个行走单元100）的位置也可进行相互调整，也可将控制器单元200、动力单元300设置于两个行走单元200之间。本申请的管道机器人不仅适用于水平管道或是弯管内的行进，由于双行走单元100与管道内壁的紧密抵接使得其更适用于在垂直管道内的攀爬。进一步地，行走单元100与控制器单元200的连接处还设有万向节连接座410。值得注意的是，之所以没有将控制器单元200和动力单元300集成为一个部件是因为行走单元在倾斜程度比较高的管道内攀爬时所需的动力比较大，将二者结合会导致集成部件的体积庞大，不利于管道机器人的行进。

如图2所示，行走单元100包括：中心主架、安装在中心主架四周的3个活动支臂120和3个随动支臂130。调节活动支臂120/随动支臂130相对于中心主架的折叠程度，用以适应不同内径大小的管道。活动支臂120和随动支臂130的双重强有力支撑作用使得管道机器人适用于倾斜角度在30°-90°的管道，尤其适用于在垂直管道内的行进。中心主架上还搭载有用于检测管道内情况的检测器件，检测器件安装在传感器舱110内，与控制器单元200电性连接。具体地，每个所述行走单元100的中心主架的外侧均设置有一传感器舱110，每个传感器舱110内均安装有一组检测器件，两个行走单元100结构相同，朝向相反。当管道机器人在管道内前进时，位于前端的检测器件工作；当管道机器人在管道内后退时，位于后端的检测器件工作。使得管道机器人在管道内可实现向前或向后的双向行进，无需掉头。传感器舱110为全透明半球形状的亚克力外壳，具有密封防水防尘效果，内部可以放置多个光电类传感器，例如用于检测管道变形的激光传感器、用于检测管道裂缝的漏磁传感器等，根据检测需要进行安装。传感器舱110既可以设置在第一固定座1001外侧，也可以设置在第二固定座1002的外侧。

行走单元100的3个活动支臂120带动管道机器人在管道内行进，3个随动支臂130起到进一步地支撑作用，加强行走单元100与管道内壁的相互作用，保证管道机器人在管道内的平稳行进。3个活动支臂120和3个随动支臂130呈反向、相互间隔的设置在中心主架四周。具体而言，3个活动支臂120均朝向中心主架的一端，3个随动支臂130均朝向中心主架的另一端，从周向看，活动支臂120和随动支臂130间隔分布，这种分布形式一方面比较节约支臂一圈空间，能够更好的适应内径比较小的管道，另一方面使得活动支臂120和随动支臂130在管道内壁的不同圆周面上与管道内壁抵接，对于垂直管道而言，对于增强与管道内壁的支撑力效果更加明显。

如图3、4所示，中心主架包括设置在两端的第一固定座1001、第二固定座1002和设置在中部的预紧轴座1003，预紧轴座1003的两端与第一固定座1001、第二固定座1002之间分别通过第一螺杆1006和第二螺杆1007连接。第一螺杆1006和第二螺杆1007位于同一水平线上，第一固定座1001和第二固定座1002之间设有2个与第一螺杆1006平行的限位板（图中未示出），如图7所示，预紧轴座1003外圈均匀设有多个凹口1003-1，限位板正好插入预紧轴座的凹口1003-1内，用于防止预紧轴座1003产生周向旋转，保证预紧轴座1003的稳定性。第一固定座1001和第一螺杆1006之间通过第一预紧块1008连接，第一螺杆1006穿过第一预紧块1008，与第一预紧块1008螺纹连接，第一预紧块1008位于第一固定座1001和第一螺杆1006之间，相对第一固定座1001同步转动。旋转第一螺杆1006的第一端即伸出第一预紧块1008的一端可带动第一预紧块1008、第一固定座1001在第一螺杆1006上前后移动，相对预紧轴座1003向内或向外移动，从而调节第一固定座1001与预紧轴座1003的相对距离。类似地，第二固定座1002和第二螺杆1007之间通过第二预紧块连接，旋转第二螺杆1007的第一端用于调节第二固定座1002与预紧轴座1003的相对距离。

如图6所示，第一预紧块1008和第二预紧块的一圈均伸出3个支架1008-1，每个支架1008-1上设有一个沿径向的导向槽。第一固定座1001和第二固定座1002之间设有3个第一导向轴1009-1和3个第二导向轴1009-2，第一导向轴1009-1和第二导向轴1009-2穿插设置。3个第一导向轴1009-1与3个活动支臂120相对设置，且3个第一导向轴1009-1穿过第一预紧块1008的导向槽设置。3个第二导向轴1009-2与3个随动支臂130相对设置，且第二导向轴1009-2穿过第二预紧块的导向槽设置。具体地，第二固定座1002的一圈均匀设有三个连接凸块1002-1，活动支臂120的端部与连接凸块1002-1通过销轴可转动地连接，3个第一导向轴1009-1位于连接3个凸块的内侧。同样的，第一固定座1001的一圈也均匀设有三个连接凸块，第一固定座1001的三个连接凸块位置与第二固定座1002的三个连接凸块1002-1位置相错设置，使得3个第一导向轴1009-1和3个第二导向轴1009-2绕预紧轴座1003一圈均匀分布。

第一导向轴1009-1和第二导向轴1009-2的中部均固定套设有一连接座1501；3个活动支臂120的中部与第一导向轴的连接座1501通过可折叠活动板1502连接，第一导向轴1009-1上套设有弹性件1005，弹性件1005位于第一预紧块的支架1008-1与第二固定座1002之间；3个随动支臂130中部与第二导向轴1009-2的连接座1501通过可折叠活动板1502连接，第二导向轴1009-2上套设有弹性件1005，弹性件1005位于第二预紧块的支架1008-1与第一固定座1001之间。

活动支臂120包括臂式安装架2002和设置在安装架上的电机2003。安装架第一端与第二固定座1002的一个连接凸块1002-1通过销轴可转动连接，安装架中部与第一导向轴1009-1上的连接座1501通过可折叠活动板1502连接，安装架第二端安装有行走轮2004；电机2003用于驱动行走轮2004前进或后退，该电机选用减速电机，是行走单元的主动力电机2003，为行走轮2004提供动力。随动支臂130与活动支臂120的结构相似，但是不包括电机2003，随动支臂130的行走轮2004只是跟随运动。

弹性件1005的设置使得活动支臂120或随动支臂130具有一定的弹性伸缩功能，当行走单元在管内遇到钢管变形区域或焊疤部位时，活动支臂120或随动支臂130向内挤压，借助弹性件1005向内收缩，保证行走轮2004能实时紧贴管道内壁，顺利通过变形区域或焊疤部位。

控制器单元200位于两个行走单元100之间，包括控制器和用于搭载控制器的安装舱500。当待测管道路径较长，动力单元300不足以提供所需动力时，控制器单元200也可以同时搭载备用动力源。

动力单元300用于放置机器人动力电池，可以放置24V16000AH锂电池的容量，为控制器和活动支臂120的电机供电。动力单元300的末端还连接有一预留托挂钩——用于增加功能仓的结构连接口，用于根据检测需求对管道机器人的结构进行拓展。为了起到正好的支撑作用，动力单元300的末端设有向外伸展的辅助行走支架310（带有行走轮），辅助行走支架310跟随行走单元100一起在管道内行进。辅助行走支架310与动力单元300之间采用可折叠结构，具体可折叠的活动连杆结构。

管道机器人在进入管道前，先对每个行走单元100的活动支臂120和随动支臂130相对中心主架的扩展程度、对辅助行走支架310的扩展程度进行调节，以适应当前的管道内径。具体地，对于活动支臂120相对于中心主架的扩展程度的调节方式：通过转动第二螺杆或是第二固定座1002，让第二固定座1002在第二螺杆上发生移动（前移或后移），与第二固定座1002连接的活动支臂120的活动板也相对连接座发生转动，带动活动支臂120向外伸展或是向内收缩。随动支臂130的调节与活动支臂120的调节类似。当活动支臂120和随动支臂130的扩展程度与管道内径相适应后，再将传感器舱110安装，控制器单元200、动力单元300和行走单元100连接。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，包括线性连接的控制器单元、动力单元以及两个行走单元，所述动力单元为行走单元和控制器单元供电；

两个所述行走单元分别位于控制器单元的前后两侧，架着控制器单元移动，动力单元的末端设有向外伸展的辅助行走支架，辅助行走支架跟随行走单元一起在管道内行进；

所述行走单元包括中心主架和N个安装在中心主架四周的可折叠活动支臂，调节活动支臂相对于中心主架的折叠程度，用以适应不同内径大小的管道；

所述中心主架上还搭载有用于检测管道内情况的检测器件，检测器件与控制器单元电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，所述行走单元还包括N个安装在中心主架四周的可折叠随动支臂，所述随动支臂和活动支臂反向间隔设置。

3.根据权利要求1所述的一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，每个所述行走单元的中心主架的外侧均设置有一传感器舱，每个传感器舱内均安装有一组检测器件；当管道机器人在管道内前进时，位于前端的检测器件工作；当管道机器人在管道内后退时，位于后端的检测器件工作。

4.根据权利要求3所述的一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，所述传感器舱为全透明半球形状的亚克力外壳。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，两个所述行走单元结构相同，朝向相反。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，所述活动支臂带有电机，活动支臂的外端部设有行走轮，电机用于驱动行走轮的转动。

7.根据权利要求2所述的一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，所述中心主架包括第一固定座、第二固定座以及预紧轴座，预紧轴座一侧通过第一螺杆与第一固定座连接，预紧轴座另一侧通过第二螺杆与第二固定座连接；

所述第一固定座和第二固定座之间设有相互穿插的N个第一导向轴和N个第二导向轴；第一导向轴和第二导向轴的中部均设有一连接座；

所述活动支臂的中部与对应的第一导向轴的连接座通过可折叠活动板连接，第一导向轴上套设有弹性件，弹性件位于第一预紧块的支架与第二固定座之间；

所述随动支臂的中部与对应的第二导向轴的连接座通过可折叠活动板连接，第二导向轴上套设有弹性件，弹性件位于第二预紧块的支架与第一固定座之间。

8.根据权利要求7所述的一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，所述预紧轴座的外圈均匀设有多个凹口，第一固定座和第二固定座之间设有多个限位板；所述限位板插入预紧轴座的凹口内，用于防止预紧轴座的周向旋转。

9.根据权利要求8所述的一种适用于不同管径的管道机器人，其特征在于，所述第一固定座和第一螺杆之间通过第一预紧块连接，第二固定座和第二螺杆之间通过第二预紧块连接；所述第一预紧块和第二预紧块的一圈均伸出N个支架，每个支架上均设有导向槽；所述第一导向轴穿过第一预紧块的导向槽设置，所述第二导向轴穿过第二预紧块的导向槽设置。

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