CN216618997U - 一种自适应管径的管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自适应管径的管道检测机器人，包括主机架、变径机构、连杆机构和行走机构；所述变径机构包括直齿轮传动机构，所述直齿轮传动机构与正反牙丝杠连接，所述正反牙丝杠上套有导向滑块和丝杠螺母，所述丝杠螺母与所述正反牙丝杠之间设置互相匹配的旋转槽，所述导向滑块和丝杠螺母之间设置预紧弹簧，所述预紧弹簧套在所述正反牙丝杠上；所述连杆机构包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的一端与所述主机架铰接，另一端与所述行走机构连接；所述第二连接杆的一端与所述第一连接杆铰接，另一端与所述导向滑块铰接。该机器人根据行走轮和管壁之间的压力信号驱动自主适应不同直径的管道，完成变径管道内部检测作业。

Description

一种自适应管径的管道检测机器人

技术领域

本实用新型涉及自动化检测技术领域，具体涉及一种自适应管径的管道检测机器人。

背景技术

随着社会的进步和经济的发展，石油和天然气已经成为人们生活中不可或缺的能源，油气管道作为输送这些能源的主要途径，一方面，石油和天然气的特殊性对管道的安全提出了较高的要求；另一方面，由于不明地下管道分布情况，外来施工对管道造成破坏，以及管道自身出现的腐蚀、老化等现象，都极易引发事故。由于油气管道输送的介质易燃易爆，油气管道一旦失效，极易引发重大的安全事故，严重危及当地人民的生命财产安全，并可能对当地生态环境等造成灾难性后果。为确保油气管道运输安全，提高管道寿命，防止事故发生，对油气管道进行科学检测和合理维护一直是世界各国高度关注的热点和难点。

油气管道的失效主要由材料缺陷、腐蚀、外部干扰等原因造成，通常表现为管道断裂、管道变形、管道表面损伤这三大类。为降低事故的发生率，定期对管道进行全面检测，在管道失效前及时发现管道缺陷并排除安全隐患尤为重要。但是，受技术和检测方法限制，油气管道的检测和维修难度较大。为确保油气管道的安全，通常采用人工开挖、巡检的传统方式，以此完成对油气管道的定期或提前报废检测。显然，这些方法会造成大量经济损失，并且漏检率高、效率低。

随着科学技术的发展，专门针对油气管道检修与维护的管道检测机器人作为一种有效的检测设备应运而生，该管道检测机器人结合无损检测技术和智能化技术，实现对油气管道的在线自动无损检测和维护，代替人执行检测任务，避免人为管道维护施工困难、工作量大、工期缓慢的问题，提高对油气管道的检测精度、准确度和效率。但是，目前的油气管道检测机器人在某些方面还不尽如人意，如各驱动模块之间的牵引力难以保持一致、变径的实现复杂且实时性和柔顺性难以符合预期等。因此，如何实现一种能够主动自适应管径的管道检测机器人是目前本技术领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本实用新型提供了一种自适应管径的管道检测机器人，能够根据行走轮和管壁之间的压力信号驱动机器人自主适应不同直径的管道，实现机器人由恒定驱动力驱动，能够携带负载在任意角度的管道内运动，避免机器人在管道内卡死，灵活度高。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种自适应管径的管道检测机器人，包括主机架、变径机构、连杆机构和行走机构；

所述变径机构包括直齿轮传动机构，所述直齿轮传动机构与正反牙丝杠连接，所述正反牙丝杠上套有导向滑块和丝杠螺母，所述丝杠螺母与所述正反牙丝杠之间设置互相匹配的旋转槽，所述导向滑块和丝杠螺母之间设置预紧弹簧，所述预紧弹簧套在所述正反牙丝杠上；

所述连杆机构包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的一端与所述主机架铰接，另一端与所述行走机构连接；所述第二连接杆的一端与所述第一连接杆铰接，另一端与所述导向滑块铰接。

所述导向滑块滑动穿过所述正反牙丝杠。

所述主机架为中空对称结构，中间设置安装平台，所述安装平台上下两面分别通过多根支撑杆固定连接支撑平台。

所述变径机构还包括处理器、差速器和压紧驱动电机，所述处理器固定安装在所述安装平台中，所述处理器依次与差速器、压紧驱动电机和直齿轮传动机构连接。

所述直齿轮传动机构包括设置在支撑平台中心处的主动轮，以及与所述主动轮相啮合的从动轮。

所述主动轮的齿轮内孔固定安装连杆，所述主动轮通过连杆穿过支撑平台与所述压紧驱动电机连接。

所述正反牙丝杠的一端穿过支撑平台与所述从动轮的齿轮内孔固定安装，另一端与所述安装平台转动连接。

所述变径机构还包括光杆，所述光杆固定连接所述支撑平台和所述安装平台，所述导向滑块和所述丝杠螺母套在所述光杆上，所述导向滑块和所述丝杠螺母滑动穿过所述光杆。

所述丝杠螺母上设有压力传感器，用于采集所述预紧弹簧施加在丝杠螺母上的作用力。

所述第一连接杆的长度为所述第二连接杆长度的两倍，第二连接杆的一端与所述第一连接杆的中间位置铰接。

所述行走机构包括步进电机、行走轮和曲形外架，所述曲形外架与所述第一连接杆固定连接，所述曲形外架的内侧与所述行走轮的轴连接，所述曲形外架的外侧固定安装步进电机，所述步进电机驱动所述行走轮转动。

与现有技术相比，本实用新型存在以下有益效果：

1、本实用新型所提供的一种自适应管径的管道检测机器人，能够根据行走轮和管壁之间的压力信号驱动机器人自主适应不同直径的管道或内壁不平的管道，保证机器人由恒定驱动力驱动，完成变径管道内部检测作业。

2、本实用新型所述机器人由六套变径机构和连杆机构独立驱动，充分保证机器人主体轴线与管道同轴，配合独立驱动的行走轮，既有足够强劲的支撑力满足机器人携带负载在竖井等任意角度的管道内运动，又能够完全避免发生管内卡死。

3、本实用新型所述机器人的连接杆可在较大范围内撑开或收缩，满足同一个直径系列的管道的变径要求。用户也可以通过更换连杆，以使机器人适应不同直径系列的管道。本实用新型所述机器人适用于内径250mm～600mm的管道。

4、本实用新型所述机器人运动速度调节方便、运动灵活、有足够的牵引力，甚至可以克服机器人自身重力，实现在垂直管道内的运动。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型所述管道检测机器人的整体结构示意图；

图2是本实用新型所述变径机构的结构示意图；

图3是本实用新型所述直齿轮传动机构的结构示意图。

其中，1、直齿轮传动机构，1-1、主动轮，1-2从动轮，2、正反牙丝杠，3、丝杠螺母，4、导向滑块，5、预紧弹簧，6、压紧驱动电机，7、光杆，8、主机架，9、安装平台，10、支撑杆，11、支撑平台，12、第一连接杆，13、第二连接杆，14、步进电机，15、行走轮，16、曲形外架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体式连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部连接，或是两个元件的相互作用关系；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

实施例一

如下图1～图3所示，本实用新型提供了一种自适应管径的管道检测机器人，包括主机架8、变径机构、连杆机构和行走机构；

所述变径机构包括直齿轮传动机构1，所述直齿轮传动机构1与所述正反牙丝杠2连接，所述正反牙丝杠2上套有导向滑块4和丝杠螺母3，所述丝杠螺母3与所述正反牙丝杠2之间设置互相匹配的旋转槽，所述导向滑块4和丝杠螺母3之间设置预紧弹簧5，所述预紧弹簧5套在所述正反牙丝杠2上；

所述连杆机构包括第一连接杆12和第二连接杆13，所述第一连接杆12的一端与所述主机架8铰接，另一端与所述行走机构连接；所述第二连接杆13的一端与所述第一连接杆12铰接，另一端与所述导向滑块4铰接。

所述导向滑块4滑动穿过所述正反牙丝杠2。

当机器人在行走过程中遇到障碍物引起冲击载荷时，预紧弹簧起缓冲作用，同时能够实现微小变径。

所述主机架8为中空对称结构，中间设置安装平台9，所述安装平台9上下两面分别通过多根支撑杆10固定连接支撑平台11。在本实施例中，所述安装平台用于安装电气硬件和负载相关器件。

所述变径机构还包括处理器、差速器和压紧驱动电机6，所述处理器固定安装在所述安装平台9中，所述处理器依次与差速器、压紧驱动电机6和直齿轮传动机构1连接，所述处理器和差速器、压紧驱动电机电性连接。

在本实施例中，所述处理器设置于所述安装平台8中，分别与安装平台8上下两侧的差速器连接，所述差速器接收处理器的控制信号，产生相应的转速信号，控制上下两个压紧驱动电机输出不同的转速。

所述直齿轮传动机构1包括设置在支撑平台11中心处的主动轮1-1，以及与所述主动轮1-1相啮合的从动轮1-2。所述主动轮1-1的齿轮内孔固定安装连杆，主动轮1-1通过连杆穿过支撑平台11与所述压紧驱动电机6连接。所述处理器通过差速器控制压紧驱动电机工作，所述压紧驱动电机驱动主动轮转动，所述主动轮带动从动轮转动。

所述正反牙丝杠2的一端穿过支撑平台11与所述从动轮1-2的齿轮内孔固定安装，另一端与所述安装平台9转动连接。

所述变径机构还包括光杆7，所述光杆7固定连接所述支撑平台11和所述安装平台9。所述导向滑块4和所述丝杠螺母3套在所述光杆7上，所述导向滑块4和所述丝杠螺母3滑动穿过所述光杆7，通过上述设置进一步加强管道检测机器人的稳固性。

所述丝杠螺母3上设有压力传感器，用于采集预紧弹簧5施加在丝杠螺母3上的作用力。

所述连杆机构包括第一连接杆12和第二连接杆13，所述第一连接杆12的一端与所述主机架8铰接，另一端与所述行走机构连接。

在本实施例中，所述第一连接杆12的一端与所述主机架8的中点位置铰接。优选的，所述第一连接杆12的一端与所述安装平台9铰接。

所述第二连接杆13的一端与所述第一连接杆12铰接，另一端与所述导向滑块4铰接。优选的，所述第一连接杆12的长度为所述第二连接杆13长度的两倍，第二连接杆13的一端铰接所述第一连接杆12的中间位置。优选的，所述第二连接杆13为U型连接杆，所述U型连接杆开口端与所述第一连接杆12铰接，另一端与所述导向滑块4铰接。

所述行走机构包括步进电机14、行走轮15和曲形外架16，所述曲形外架16与所述第一连接杆12固定连接，所述曲形外架16的内侧与所述行走轮15的轴连接，所述曲形外架16的外侧固定安装步进电机14，所述步进电机14驱动所述行走轮15转动。所述步进电机与所述处理器电性连接，所述处理器控制所述步进电机的转速。

优选的，所述曲形外架16上还设有摄像头，所述摄像头与所述处理器电性连接，所述摄像头用于对管内状况进行观测，并将观测视频实时传输至所述处理器，所述处理器通过无线传输模块将观测视频实时传输至外部显示设备。

在本实施例中，所述管道检测机器人的主机架上均匀布置六个行走机构，以及与所述行走机构相匹配的连杆机构和变径机构。所述管道检测机器人采用六轮径向辐射支撑结构，紧撑管道内壁，充分保证机器人有足够的驱动力，所述管道检测机器人不仅可以在水平管道中有非常强劲的驱动力，而且在垂直管道中也可以行走自如。

所述管道检测机器人采用六轮径向均布的结构，充分保证了机器人主体轴线与管道同轴，有利于精密测量和检测。其中，六行走轮以相等速度驱动时，机器人通过直管道，而当处理器控制六个行走轮以不同速度驱动时，结合关联调整各变径连杆，可以实现通过任意角度拐弯的管道或在管道内避障。

本实用新型的具体工作原理如下：

将所述自适应管径的管道检测机器人放置在管道中，其六个行走轮15与内管壁接触，所述机器人的控制器控制电机运行，开始行走检测。在行走过程中，控制器通过变速器驱动压紧驱动电机6工作，所述压紧驱动电机6驱动主动轮1-1转动，进而带动与主动轮1-1啮合的从动轮1-2转动，从动轮1-2转动带动正反牙丝杠2转动，使得正反牙丝杠2上的丝杠螺母3沿着该丝杠上下移动，所述丝杠螺母3压缩预紧弹簧5使其产生预紧力，预紧力通过导向滑块4作用于第二连接杆13，进而带动第一连接杆12沿主机架8轴向转动，实现第一连接杆12张角的扩大，从而适应不同直径的管道。

反之，控制器通过变速器驱动压紧驱动电机6工作，所述压紧驱动电机6驱动主动轮1-1反向转动，进而带动与主动轮1-1啮合的从动轮1-2反向转动，从动轮1-2反向转动带动正反牙丝杠2转动，使得正反牙丝杠2上的丝杠螺母3沿着该丝杠上下移动，所述丝杠螺母3拉伸预紧弹簧5使其产生拉力，拉力通过导向滑块4作用于第二连接杆13，进而带动第一连接杆12沿主机架轴向转动，实现第一连接杆12张角的缩小，从而适应不同直径的管道。

当机器人通过障碍或者变径管道时，行走轮15和管壁间产生一定的正压力，通过第一连接杆12、第二连接杆13和导向滑块4作用于压紧弹簧5，所述压紧弹簧5压缩或拉伸，其力作用于丝杠螺母3上，所述丝杠螺母3上的压力传感器采集来自压紧弹簧5的压力信号，所述压力传感器将采集的压力信号传输至控制器，当控制器检测到压力传感器的压力数值超出设定的限定范围时，控制器驱动电机，通过上述方式驱动机器人适应不同直径的管道，使得机器人不会因正压力过小而脱离管壁或因正压力过大而难以行进，最终实现管道检测机器人的自适应管径的功能。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：包括主机架、变径机构、连杆机构和行走机构；

所述变径机构包括直齿轮传动机构，所述直齿轮传动机构与正反牙丝杠连接，所述正反牙丝杠上套有导向滑块和丝杠螺母，所述丝杠螺母与所述正反牙丝杠之间设置互相匹配的旋转槽，所述导向滑块和丝杠螺母之间设置预紧弹簧，所述预紧弹簧套在所述正反牙丝杠上；

所述连杆机构包括第一连接杆和第二连接杆，所述第一连接杆的一端与所述主机架铰接，另一端与所述行走机构连接；所述第二连接杆的一端与所述第一连接杆铰接，另一端与所述导向滑块铰接。

2.根据权利要求1所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述丝杠螺母上设有压力传感器，用于采集所述预紧弹簧施加在丝杠螺母上的作用力。

3.根据权利要求1所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述第一连接杆的长度为所述第二连接杆长度的两倍，第二连接杆的一端与所述第一连接杆的中间位置铰接。

4.根据权利要求1所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述导向滑块滑动穿过所述正反牙丝杠。

5.根据权利要求1所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述主机架为中空对称结构，中间设置安装平台，所述安装平台上下两面分别通过多根支撑杆固定连接支撑平台。

6.根据权利要求5所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述变径机构还包括处理器、差速器和压紧驱动电机，所述处理器固定安装在所述安装平台中，所述处理器依次与差速器、压紧驱动电机和直齿轮传动机构连接。

7.根据权利要求6所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述直齿轮传动机构包括设置在支撑平台中心处的主动轮，以及与所述主动轮相啮合的从动轮。

8.根据权利要求7所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述主动轮的齿轮内孔固定安装连杆，所述主动轮通过连杆穿过所述支撑平台与所述压紧驱动电机连接；

所述正反牙丝杠的一端穿过所述支撑平台与所述从动轮的齿轮内孔固定安装，另一端与所述安装平台转动连接。

9.根据权利要求5所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述变径机构还包括光杆，所述光杆固定连接所述支撑平台和所述安装平台，所述导向滑块和所述丝杠螺母套在所述光杆上，所述导向滑块和所述丝杠螺母滑动穿过所述光杆。

10.根据权利要求1所述的自适应管径的管道检测机器人，其特征在于：所述行走机构包括步进电机、行走轮和曲形外架，所述曲形外架与所述第一连接杆固定连接，所述曲形外架的内侧与所述行走轮的轴连接，所述曲形外架的外侧固定安装步进电机，所述步进电机驱动所述行走轮转动。

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