CN218094931U - 一种能自适应管径及转弯的管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能自适应管径及转弯的管道检测机器人。包括两个机体，分别为第一机体和第二机体，以及连接第一机体和第二机体的连接组，第一机体和第二机体上均设置有支撑机构，所述支撑机构的末端装有行走机构。通过改变支撑机构展开直径的大小的运动来自适应不同直径的管道，通过连接组件的根据弯道的形状自动适应其弯曲路径。

Description

一种能自适应管径及转弯的管道检测机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，更具体的，涉及一种管道检测机器人。

背景技术

当前诸多行业如石油、天然气、给排水、锅炉、中央空调通风等行业中，管道的使用量急速增长，其作用不可小觑。但由于管道的长时间运行，受到环境变化、介质腐蚀，疲劳破坏等因素必将造成管道内壁局部变薄、焊缝开裂、管道变形等故障。管壁的完整性对管道安全影响极大，所以使用管道机器人进入管道查明管道内部情况或排除管道隐患，这是很有必要的。如果是人工作业的话，往往存在较大的安全隐患，而且劳动强度高，不利于工人的健康。这时的管道机器人智能作业可有效提高作业的安全性能。

现有的一种货轮管道自适应检测机器人，包括主体，主体分为两部分且均包含变径机构、弯道适应机构、附壁轮、第一动力装置、第二动力装置。该设备的变径是需要直流电机的输出轴与联轴器连接，联轴器载荷变径机构连接。

但是在上述的技术方案中，变径机构是通过电机驱动变径机构实现变径，需要多带一个电机，在行走过程中遇到凸起或者管径变化的时候，无法自动调节机身展开直径来继续行走；而且多了一个电机导致该设备结构变得复杂。

实用新型内容

本实用新型为克服上述有现有技术方案中不能自动适应不同管径的问题，提供一种管道检测机器人，在管道内行走时能够自动调节自身展开直径，使得管道探测机器人时刻紧贴墙壁。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案如下：

一种能自适应管径及转弯的管道检测机器人，包括两个机体，分别为第一机体和第二机体，以及连接所述第一机体和第二机体的连接组件，所述第一机体和第二机体上均设置有支撑机构，所述支撑机构与行走机构固定连接。所述机体上均设有支撑机构，支撑机构包括压力包括杆套、压力弹性件、圆柱杆和调节组件，所述调节组件包括固定杆、支撑杆，压力弹性件可以为弹簧，弹簧的一端与杆套相抵接，另一端与圆柱杆的凸起部相抵接。

在上述技术方案中，所述连接组件有两种作用，一是连接两个机体，二是起到自适应弯道的功能；连接组件有万向节组件、弹簧或万向节组件与拉簧的组合体三种方案；三种组合在转弯的时候都能够发生变形，从而在第一机体在转弯的时候跟随弯道形变并能够保持与第二机体的连接，让第一机体和第二机体能够顺利通过弯道。所述支撑机构上设有调节组件，所述调节组件每个机体上最少设有三组，三组支撑组件圆周分布在机体上，在进入弯道时，支撑组件发生弹性形变后会施加反作用力给机身，因此至少要有三组调节组件才能保证运行的平稳性。所述调节组件包括支撑杆和固定杆，支撑杆的末端与行走机构连接，当进入小直径的管道时，行走机构受到来自管壁的压力，受到压力后支撑机构中的杆套会压缩压力弹性件并向连接组件方向移动，杆套向连接组件方向移动时，杆套带动支撑杆和固定杆摆动，固定杆向圆柱杆的方向运动，固定杆与圆柱杆之间的夹角变小，调节组件的展开直径变小；此时压力弹性件处于压缩状态，因此具有弹力施加给支撑机构中的杆套，使支撑机构保持一个扩张力，从而保证行走机构与管壁保持紧密贴合。当进入大直径的管道时，压力弹性件会施加弹力给杆套，杆套会向机体方向移动，杆套再带动支撑杆和固定杆，固定杆向远离圆柱杆的方向移动，固定杆与圆柱杆之间的夹角变大，调节组件的展开直径变大，所以能适应一定范围内的不同直径的管道。

优选的，所述连接组件包括多个万向节、连接两个相邻的所述万向节的十字轴和位于连接组件两端且通过所述十字轴与所述万向节连接的万向节头；所述万向节包括板状部，所述板状部的两个端面均设置有两个带通孔的连接耳板，所述十字轴包括鼓形部，所述鼓形部的圆周曲面上均匀分布四个连接柱体，十字轴上面的相对的两个连接柱体分别与相邻的万向节的耳板活动连接；所述万向节头形状包括板部，所述板部一个端面设有两个带通孔的耳板，另一个端面设有与机体相连接的连接端。所述十字轴上面的相对的两个连接柱体分别与相邻的万向节的耳板活动连接，所述万向节头共有两个，一个万向节头连接端与第一机体的圆柱杆连接，两个耳板与十字轴相对的两个连接柱体转动连接；另一个万向节头的连接端与第二机体连接，两个耳板与十字轴相对的两个连接柱体转动连接；这样起到了连接两个机体的作用，所述万向节头的耳板的一端均与万向节相对两个柱体转动连接。在自适应管径及转弯的管道检测机器人进入弯道的时候，连接组件中的十字轴相对于万向节固定不动，万向节会随着管道弯曲的方向绕着十字轴转动一定的角度，通过多个万向节转动角度的叠加，以此来实现自适应转弯的功能。

优选的，连接组件还包括有拉簧，所述万向节均设置有通孔，所述万向节均设置有安装孔，所述拉簧穿过所有所述通孔过之后，两端分别安装在两个所述万向节头的安装孔内；如果没有拉簧，因为重力原因，所述连接组件中的万向节组件中间部位会出现塌陷的情况，而且在出弯道后所述连接组件也不能及时恢复原状；因此需要所述拉簧给所述连接组件提供一定的弹性，所述拉簧的数量为2到 4根，数量太少会刚性不够，数量太多会影响转弯功能。所述通孔和所述安装孔的数量与拉簧的数量一致，所述通孔圆周等距安装在分布在所述万向节上，所述安装孔圆周等距分布在所述万向节头上，通孔和安装孔圆周等距分布，这样可以使整个连接组件均衡受到拉簧的弹力。

优选的，所述调节组件每个机体上设有三组，其圆周分布在机体上，但不是圆周等距离分布，其中一个调节组件与另外两个调节组件之间的夹角均为135°，另外两个调节组件之间的夹角为90°。这样设计可以进一步避免因为重力原因导致管道探测机器人的重心下降，导致运行时最上方的驱动轮无法接触到管壁，使管道探测机器人可以在管道内平稳运行。

优选的，所述圆柱杆还套装有限位弹性件，所述杆套在压力弹簧和限位弹性件之间滑动，限位弹性件能够限制杆套向机体方向移动的距离，可以令杆套向左运动到极限距离后，压力弹性件也处于压缩状态还或者正常状态，使得压力弹性件一直与圆柱杆凸起部相抵接，避免压力弹性件与圆柱杆凸起部分离，丧失自动调节的能力。

优选的，所述的行走机构包括驱动轮和电机，电机与所述固定轴连接，驱动轮与所述电机的输出端连接，行走机构的数量和固定杆的数量相同；每组所述行走机构上的所述驱动轮数量为两个，这样相较于只有一个驱动轮，这样可以增加驱动轮与管壁的接触面积，驱动轮越多，行走机构与管壁直接的摩擦力越大，这样可以减少驱动轮与管壁之间的打滑情况，以增加运行的平稳性；因为每组行走机构上的所述驱动轮的数量为两个，所以电机选择双向电机。

优选的，所述驱动轮材料为可逆形变的高弹性聚合物材，如料橡胶，橡胶材质软，既可以增加驱动轮与管壁之间的摩擦力，也可以保护管道内壁，还可以起到一定的减震作用。

优选的，所述行走机构还包括电机驱动器，所述电机驱动器为是专用于控制电机的控制器，控制器由集成电路构成，可以同时控制所有电机，所述电机驱动器安装在第二机体内与所有电机电连接。

优选的，所述机体包括板材和壳体，所述壳体固定在所述板材上，内部形成一个空腔。

优选的，所述检测装置包括摄像头和传感器，附着在第一机体的壳体上；所述摄像头可以是广角摄像头，以此来增加的检测范围；所述传感器可以是光敏传感器，所述传感器安装在摄像头附近，这样可以使管道探测机器人在黑暗环境中也能工作。

优选的，所述主控装置可以为主控板，可以采用树莓派4b开发板，该型号主控板体积小、接口丰富还可以用python编程，可以控制检测装置和向数据终端传送信号。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：在管道内部行走的过程中，能够自动适应一定范围内不同管径的管道，即使在遇到管径变化或者管壁有障碍物的情况下，探测机器人都能运行稳定，不会发生运行不流畅的情况。

附图说明

图1为本实用新型的一种自适应管径及转弯的管道检测机器人的结构示意图；

图2为本实用新型的一种自适应管径及转弯的管道检测机器人的爆炸图；

图3为连接组件爆炸图；

图4为万向节示意图

图5为十字轴示意图；

图6为本实用新型的一种自适应管径及转弯的管道检测机器人进入弯道时的效果图。

附图中各零部件的命名如下：

1.第一机体、11.第一壳体、12.第一机体圆盘、2.第二机体、21.第二壳体、 22.第二机体圆盘、3.连接组件、31.万向节、311.耳板、32.十字轴、321.连接柱体、 33.万向接头、34.拉簧、4.支撑机构、41.杆套、42.压力弹性件、43.圆柱杆、44. 支撑杆、45.固定杆、46.限位弹性件、5行走机构、51.驱动轮、52.电机、53.电机驱动器、6.检测装置、61摄像头、62传感器、7.主控装置。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示的一种用于自适应管径及弯道的管道检测的机器人，包括两个机体，分别为第一机体1和第二机体2，以及连接第一机体1和第二机体2的连接组件3，第一机体1和第二机体2上均设置有支撑机构4，行走机构5与支撑机构4连接。在本实施例中，支撑机构4设有调节组件，调节组件的数量和行走机构5的数量一致，每个机体上均设置三组；支撑机构4圆周分布在机体上，但不是圆周等距离分布，一个调节组件与另外两个调节组件之间的夹角均为135°，另外两个调节组件之间的夹角为90°。这样设计可以进一步避免因为重力原因导致管道探测机器人的重心下降，导致运行时最上方的驱动轮51无法接触到管壁，使管道探测机器人可以在管道内平稳运行。

其中，支撑机构4包括杆套41、压力弹性件42、圆柱杆43和调节组件，所述调节组件包括支撑杆44和固定杆45。杆套41和压力弹性件42套装在圆柱杆 43上；支撑杆44一端与杆套41转动连接，另一端与固定杆45的中间部位转动连接，固定杆45的一端与所述机体转动连接，另一端与行走机构5固定连接；杆套41和压力弹性件42套装在圆柱杆43上，圆柱杆的一端与机体连接，另一端设置有与压力弹性件42抵接的凸起部。

进一步的，圆柱杆43还套装有限位弹性件46，所述杆套41在压力弹性件 42和限位弹性件46之间滑动，限位弹性件46能够限制杆套41向机体方向移动的距离，可以令杆套41运动到极限距离后，压力弹性件42也处于压缩状态还活动正常状态，使得压力弹性件42一直与圆柱杆43凸起部相抵接，避免压力弹性件42与圆柱杆45底部分离，丧失自动调节的能力。

连接两个机体的连接组件3包括万向节31、十字轴32和万向节头33，万向节31为十个、十字轴32为十一个、万向节头33为两个。十字轴32上面的相对的两个连接柱体321分别与相邻的万向节31的耳板311活动连接，万向节头33 共有两个，一个连接端与的圆柱杆43连接，两个耳板的一端与十字轴32相对的两个柱体转动连接；另外一个的连接端与第二机体2上的第二壳体21连接，两个耳板的一端与十字轴32相对的两个连接柱体321转动连接；这样起到了连接两个机体的作用，万向节头33的耳板311的一端均与万向节31相对两个连接柱体321转动连接。

进一步的，连接组件3还包括有拉簧34，数量为三个，万向节31均设置有通孔，万向节头33有均有安装孔，拉簧34穿过所有通孔过之后，两端分别安装在两个万向节头33的安装孔内。通过安装拉簧34，使整个连接组件具有了一定的刚性，保证了连接组件3因为重力而出现中部塌陷，和在出弯道后能够及时复位。

行走机构5包括驱动轮51、电机52、和电机驱动器53；电机52选择双向电机，双向电机固定在固定杆45上，电机52数量与固定杆45数量相同；驱动轮51与电机52的动力输出端相连接，与每个电机52相连接的所述驱动轮51的数量为2；电机驱动器53为是专用于驱动的集成电路，电机驱动器53安装在第二机体2内，电机驱动器53与所有双向电机电连接，可以同时控制所有双向电机。

进一步的，驱动轮51材料为可逆形变的高弹性聚合物材，如橡胶，橡胶材质软，既可以增加驱动轮与管壁之间的摩擦力，也可以保护管道内壁，还可以起到一定的减震作用。

摄像头61固定在第一机体1的第一壳体11上，主控装置7为主控板，摄像头61与主控板电连接，主控板可以采用树莓派4b开发板，该型号主控板体积小、接口丰富还可以用python编程，可以控制检测装置和向数据终端传送信号。

本实施例的工作原理：在使用的时候，由于支撑机构4中的杆套41可以沿着圆柱杆43轴向活动，可使支撑机构4中的固定杆45与圆柱杆43的夹角发生改变，当杆套41向右移动时，固定杆45向圆柱杆43的方向运动，夹角变小，支撑机构4展开直径变小；当杆套41向左移动时。固定杆45向远离圆柱杆43 的方向移动，夹角变大，支撑架构4的展开直径变大，所以能适应一定范围内的不同直径的管道。

在运行过程中，进入小直径的管道时，支撑机构4受到来自管壁的压力，受到压力后支撑机构4中的杆套41会压缩压力弹性件42并向右移动，从而减小管道探测机器人的展开直径，此时压力弹性件42处于压缩状态，因此具有弹力施加给杆套41，使支撑机构4保持一个扩张力，从而保证行走机构5与管壁保持紧密贴合；当进入大直径的管道时，压力弹性件42会施加弹力给杆套41，杆套 41会向右移动，杆套41再带动支撑机构4中的支撑杆44和固定杆45，从而使支撑机构4撑开，机器人的展开直径变大，进而行走机构5完全贴合管壁。

在进入弯道的时候，连接组件3中的十字轴32相对于万向节31固定不动，万向节31会随着管道弯曲的方向绕着十字轴32转动一定的角度，以此来实现自适应转弯的功能。

本实施例的有益效果：自适应管径及弯道探测机器人，在管道内部行走的过程中，能够自动适应一定范围内不同管径的管道，即使在遇到管径变化或者管壁有障碍物的情况下，探测机器人都能运行稳定，不会发生运行不流畅的情况。在进入弯道的时候，连接组件能够随着弯道的形状而改变，以此达到在自适应弯道的情况。

实施例2

一种能自适应管径及转弯的管道检测机器人的实施例2，在实施例1的基础上，与实施例1的主要区别在于，连接组件3上再安装拉簧34，数量为三根，万向节31均设置有通孔，万向节头33有均有安装孔，拉簧34穿过所有通孔过之后，两端分别安装在两个万向节头33的安装孔内。通过安装拉簧34，使整个连接组件具有了一定的刚性，可以减轻连接组件因为重力而出现中部塌陷的问题，以及在出弯道后连接组件能够及时复位。

本实施例的其余技术特征和工作原理与实施例1一致。

实施例3

一种能自适应管径及转弯的管道检测机器人的实施例3，在实施例1的基础上，与实施例1的主要区别在于，摄像头61改用广角摄像头，在摄像头61旁边加装光敏传感器62，广角摄像头可以增加检测范围，光敏传感器62可以使检测装置在黑暗环境下也能进行正常检测。

本实施例的其余技术特征和工作原理与实施例1一致。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能自适应管径及转弯的管道检测机器人，包括两个机体，分别为第一机体(1)和第二机体(2)，以及连接所述第一机体(1)和第二机体(2)的连接组件(3)，其特征在于，所述第一机体(1)和第二机体(2)上均设置有支撑机构(4)，所述支撑机构(4)与行走机构(5)固定连接；

所述支撑机构(4)包括杆套(41)、压力弹性件(42)、圆柱杆(43)和调节组件，所述调节组件包括支撑杆(44)和固定杆(45)，调节组件每个机体上最少有三组，相邻两个调节组件之间的夹角最少为90°；所述支撑杆(44)一端与杆套(41)转动连接，另一端与固定杆(45)的中间部位转动连接，所述固定杆(45)的一端与所述机体转动连接，另一端与所述行走机构(5)固定连接；所述杆套(41)和压力弹性件(42)套装在所述圆柱杆(43)上，所述圆柱杆(43)的一端与所述机体连接，另一端设置有与所述压力弹性件(42)抵接的凸起部位。

2.根据权利要求1所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述圆柱杆还套装有限位弹性件(46)，所述杆套(41)位于所述限位弹性件(46)和所述压力弹性件(42)之间。

3.根据权利要求1所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述连接组件(3)包括多个万向节(31)、连接两个相邻的所述万向节(31)的十字轴(32)和位于两端且通过所述十字轴(32)与所述万向节(31)连接的万向节头(33)；所述连接组件(3)通过所述万向节头(33)分别与所述第一机体(1)和第二机体(2)连接。

4.根据权利要求3所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述万向节(31)包括板状部，所述板状部的两个端面均设置有两个带通孔的连接耳板(311)，所述十字轴(32)包括鼓形部，所述鼓形部的外周侧壁上均匀分布四个连接柱体(321)，十字轴(32)上面的相对的两个连接柱体(321)分别与相邻的万向节(31)的耳板(311)活动连接。

5.根据权利要求3所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述连接组件(3)还包括有拉簧(34)；所述万向节(31)均设置有通孔，所述万向节头均设置有安装孔，所述拉簧(34)穿过所有所述通孔后两端分别安装在两个所述万向节头的安装孔内。

6.根据权利要求5所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述拉簧(34)设置有多个，所述通孔和所述安装孔的数量与所述拉簧(34)的数量一致；所述通孔沿圆周等距分布于所述万向节(31)上；所述安装孔沿圆周等距分布与所述万向节头(33)上。

7.根据权利要求1所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述行走机构(5)包括驱动轮(51)和电机(52)，所述电机(52)固定连接在固定杆(45)上，电机(52)的动力输出端与驱动轮(51)连接。

8.根据权利要求7所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述的驱动轮(51)材质为可逆形变的高弹性聚合物材料。

9.根据权利要求1-8任一所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述第一机体(1)和第二机体(2)包括板材和壳体，壳体固定在板材上，壳体和板材之间有空腔。

10.根据权利要求9所述的能自适应管径及转弯的管道检测机器人，其特征在于，所述管道检测机器人还包括检测装置(6)和主控装置(7)；检测装置(6)包括摄像头(61)和传感器(62)，主控装置(7)包括控制器；所述摄像头(61)和所述传感器(62)均与所述控制器电连接，所述检测装置(6)安装在第一机体(1)的壳体上，所述主控装置(7)安装在所述第一机体(1)的空腔内。

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