CN218343711U - 一种管道巡检水下机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管道巡检水下机器人，包括安装架，安装架上设有用于监测管道的探测组件，控制所述管道巡检水下机器人移动的驱动组件，以及用于给探测组件和驱动组件提供动力源的电源组件，安装架底部还设有配重盒，配重盒内安装有若干与其磁性连接的配重块。使用人员在配重试验过程中可自由地移动磁性配重块、或自由地增减磁性配重块的数量，无需按照传统方式将配重铅块通过螺栓与底架固定，拆装便捷，便于多次进行配重试验，极大地提高了本实用新型的重心可调性和机器人的续航性，增加对不同水环境的适应力，改善了对新型模块或者组件的兼容性。

Description

一种管道巡检水下机器人

技术领域

本实用新型涉及水下机器人的技术领域，更具体地，涉及一种管道巡检水下机器人。

背景技术

在现代社会，各种管道已经遍布我们生活环境的各个角落。作为能源和其他物质的运输通道，给我们的生活带来了极大的便利和巨大的经济效益，但同时也产生了一系列问题。管道在使用过程中总会存在老化、腐蚀、破裂等问题，而且有大量管道不是人们可以直接接触的，这就给管道的检测和维护工作带来了很大的困难。为了进行管道的检测和维护，传统的挖掘方法和随机抽样的方法，存在工作量大和效率低等缺点；尤其是对于埋藏在水域底部的管道，更是缺乏高效的巡检措施。

对于埋藏在江河湖泊或者近海区域底部的管道，通常是潜水员定期进行潜水巡检，或者使用管道巡检水下机器人代替人工进行巡检。同时，管道巡检水下机器人也可以被投放在一些管道内满水或水位较高、且不具备降水条件的给排水管道内进行管内巡检。但是，由于巡检的任务不同，操作人员需要在水下机器人上安装不同功能的模块或者组件，以适配某些特定的巡检任务。比如，水下机器人需要安装焊接组件以完成管道裂缝处的焊接、修补工作，或者安装机械臂以实现样品采集的工作。由于需要经常更换不同的模块或者组件，导致水下机器人整体的重心发生变化，需要根据实际安装的模块或者组件实时调整配重的质量和位置。值得注意的是，结构相同的水下机器人在淡水和海水环境中的重心也会发生变化。然而，现有的水下机器人通常采用固定连接式的配重结构，难以方便地增减配重或者改变配重的相对位置，使得新功能的开发受限，难以在不同的水环境中顺利地开发新功能，因此设计一种配重灵活、兼容性强的管道巡检水下机器人有着一定的实际应用价值。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有的管道巡检水下机器人采用固定式的配重而导致兼容性差的不足，提供一种管道巡检水下机器人，通过磁吸式配重块实现配重调节方便、自由增减配重的功能，具有对功能开发的限制小、配重兼容性强和结构简单、造价成本低等有益效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种管道巡检水下机器人，包括安装架，安装架上设有用于监测管道的探测组件，控制所述管道巡检水下机器人移动的驱动组件，以及用于给探测组件和驱动组件提供动力源的电源组件，安装架底部还设有配重盒，配重盒内设有若干与其磁性连接的配重块。

本实用新型的工作流程如下：管道巡检水下机器人的主体结构为防腐蚀、高强度的安装架，安装架上固定安装有探测组件、驱动组件，以及用于提供动力的电源组件。在电源组件供能的状态下，驱动组件推动所述管道巡检水下机器人移动，驱动组件以能够在水下实现三维方向运动为宜。所述探测组件可以用来监测管道外壁或者内壁上的情况，包括但不限于拍照设备，用于拍摄管道上的裂缝或者其他破损位置，为后续的管道修理提供资料。市面上的无缆式水下机器人带有固定式的配重结构，大多数是通过螺栓将配重与安装架螺栓连接，当变换水下工作环境或者在所述管道巡检水下机器人增减其他模块或者组件时，其重心的调整十分不方便，经常需要重复多次地将所述管道巡检水下机器人拿出水面、拆卸螺栓以增减或者移动配重块，甚至，在特定情况下还需要在安装架上开钻螺栓孔，调整配重的过程十分低效。因此，本实用新型在安装架底部设置配重盒，配重盒内安装有带磁性的配重块，配重块通过磁性吸附在配重盒上、与配重盒磁性连接，当需要增减配重块的数量或者调整配重块的位置时，可以方便地徒手取下配重块，再安装在相应位置上，简化所述管道巡检水下机器人调整配重的过程，提高实际操作效率。

进一步地，配重盒包括盒体与盒盖，盒盖与所述盒体活动连接，配重盒内可拆卸连接有磁板，配重块与磁板吸附配合。为了防止配重块在水中脱落、丢失，所述配重盒底部设有一盒盖，盒盖与配重盒的盒体活动连接，可以是铰链连接、滑动连接等，以能够将配重块妥善放置在配重盒内为宜。盒盖朝下设置的目的是方便开启配重盒以取出配重块。此外，为了避免磁性影响所述管道巡检水下机器人上的其他电子零部件，或者在作业时吸附其他磁性物体，配重盒为不具有磁性的材质制成，因此在配重盒内设置一块磁板，带磁性的配重块吸附在磁板上，磁板可拆卸地固定安装在配重盒内。

进一步地，所述盒体一侧设有插槽，盒盖穿过插槽与盒体滑动连接，盒盖上设有方便拿取的拉手。作为其中一种优选方案，盒盖与盒体为滑动连接；相比较于铰链连接，滑动连接的盒盖与盒体的结构更简单。盒体后部的侧壁上开设有一个插槽，盒盖穿过插槽后与盒体相对的一侧配合，完成配重盒的封闭。优选地，盒盖和盒体前部的侧壁上均设有磁块，二者通过磁块吸附固定住。盒盖上设有方便拿取的拉手，可以通过拉动拉手方便地打开盒盖。

进一步地，安装架包括底架和侧安装架，侧安装架的数量为两个，分别固定连接于底架两侧。底架和侧安装架均由防腐蚀、高强度的材质制成，两个侧安装架安装在底架两侧，形成一个“凵”字型的结构，探测组件和电源组件均居中设于底架上，以保持整体结构的受力平衡；驱动组件安装在侧安装架相向一侧，所述探测组件、电源组件和驱动组件均与安装架可拆卸连接。此外，侧安装架相向一侧还安装有若干整流罩，整流罩内部填充有浮力材料，用于在水下给所述管道巡检水下机器人提供额外浮力，保持重力与浮力的受力平衡。

进一步地，所述探测组件固定连接于底架顶部，包括探测声呐和水密舱，水密舱内部设有摄像头组件，探测声呐和摄像头组件均与电源组件电连接。底架顶部固定连接有探测声呐，探测声呐通过声波反射技术可以对管道外壁或者内壁进行声呐扫描，以发现摄像系统难以发现的微小裂缝。底架顶部还设置有水密舱，水密舱内部设有摄像头组件及其控制芯片，用于水下拍摄。水密舱前部为半球状的弧形面板。作为其中一种优选方案，摄像头组件通过云台组件安装在水密舱前部，所述云台组件可相对所述弧形面板旋转，改变摄像头组件镜头的拍摄角度，使管道巡检机器人能够获得更大的拍摄范围。水密舱中后部还设有控制管道巡检机器人运动的芯片，以及用于传输数据、信号的控制组件，水密舱末端可拆卸连接有带若干接线口的密封罩，从接线口伸出的线缆连接驱动组件与电源组件。为了实现管道巡检机器人整体的平衡，水密舱设置在底架顶部的居中位置，与两边的侧安装架的间距相同，管道巡检机器人整体呈现以水密舱为对称轴的姿态。

进一步地，底架顶部还设有至少一个照明灯，照明灯与电源组件电连接。为了照射管道巡检机器人前进的方向，便于拍摄，底架顶部设有照明灯，优选地采用LED灯芯作为发光源，体积小巧，能耗较低。

进一步地，所述电源组件包括设于底架和水密舱之间的电池安装舱，电池安装舱内设有电池，电池安装舱一端设有与电池连接的电源接线口，电源接线口通过线缆分别与探测组件和驱动组件电连接。

进一步地，所述驱动组件包括设于侧安装架相向一侧的第一驱动器和第二驱动器，第一驱动器和第二驱动器均为螺旋桨式推进器，第一驱动器的数量为四个，分别水平安装于两个侧安装架的两侧，其螺旋桨的旋转轴向方向与侧安装架所在的平面呈45°角且以水密舱为轴对称安装；第二驱动器的数量为两个，其螺旋桨的旋转轴向方向与第一驱动器的轴向形成的平面垂直。当管道巡检机器人正常运作以前进时，以水密舱为轴对称的两个第一驱动器产生的合力，可以抵消横向方向上的分力，达到向前运动的效果。当机器人转向时，以水密舱为轴对称的两个第一驱动器产生差速度，产生的合力分别在机头(以所述弧形面板为机头)和机尾(以所述接线口为机尾)产生一个方向相反的横向分力，达到转向运动的效果。相较于0°角的驱动器，45°角的第一驱动器拥有更优异的机动性。当受水流速度、水环境密度变化或其他工作环境影响，机器人运行方向发生偏移后，相较于0°角的方向驱动器，45°角的驱动器可调度更好，调整精度更精细，更好地避免了机器人陷入震荡环节或程序跑飞。第二驱动器设置在侧安装架相向一侧，位于所述整流罩之间，第二驱动器通过改变其螺旋桨的旋转方向以产生垂直向上或向下的力，以控制机器人上浮或者下潜，实现机器人的三维方向运动。当然，两个第二驱动器也可以独立进行控制，包括同时实现相反方向的旋转，使其中一个产生垂直向上的推力，另一个产生垂直向下的推力，使机器人实现翻转动作。

进一步地，侧安装架相对一侧还设有若干防水电机，电源组件与防水电机电连接并为其提供驱动电源，防水电机可拆卸连接有外接设备模块。防水电机上设有快拆头，能够与外接设备模块实现快速连接，所述外接设备模块可以是用于焊接的焊接器，或者是用于样品采集的机械臂，还可以是其他用来实现某些特定功能或作用的其他机械结构，这里不再一一穷举。外接设备模块上设有与所述快拆头配合的接头，当外接设备模块与防水电机连接时，二者实现电连接以及信号传输，位于水密舱中后部的控制组件可以对已连接的外接设备模块实现操控，实现本实用新型的功能拓展性。

进一步地，所述外接设备模块包括与防水电机转动连接的连接臂，以及设于连接臂远离防水电机一端的第二照明灯。作为其中一种方案，所述外接设备模块是与防水电机转动连接的连接臂，连接臂自由端设有第二照明灯，作为本实用新型的辅助照明设备。控制组件对防水电机发出控制信号，通过防水电机的运行带动连接臂转动，进而带动与连接臂固定连接的第二照明灯转动照明角度，使得机器人在对管道进行检测时可通过第二照明灯辅助照射周围的管道区域，相应地提高拍摄图片的清晰度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型于底架下部安装有配重盒，配重盒内部设置有磁板，使用人员在配重试验过程中可自由将磁性配重块吸附于磁板底部、或自由地增减磁性配重块的数量，无需按照传统方式将配重铅块通过螺栓与底架固定，拆装便捷便于多次进行配重试验；

2.由于可以轻易实现配重的拆卸、移动与固定，极大地提高了本实用新型的重心可调性和机器人的续航性，增加对不同水环境的适应力，改善了对新型模块或者组件的兼容性，使本实用新型的实用性进一步提升。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型另一角度的结构示意图；

图3为本实用新型中的配重盒的结构示意图。

图示标记说明如下：1-安装架；101-底架；102-侧安装架；2-配重盒；201- 盒盖；202-插槽；203-拉手；3-配重块；4-磁板；5-探测声呐；6-水密舱；601- 密封罩；7-摄像头组件；8-照明灯；9-第一驱动器；10-第二驱动器；11-电池安装舱；12-电源接线口；13-防水电机；14-连接臂；15-第二照明灯；16-整流罩。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，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。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

实施例一：

如图1或者图2或者图3所示，本实施例提供一种管道巡检水下机器人，包括安装架1，安装架1上设有用于监测管道的探测组件，控制所述管道巡检水下机器人移动的驱动组件，以及用于给探测组件和驱动组件提供动力源的电源组件，安装架1底部还设有配重盒2，配重盒2内设有若干与其磁性连接的配重块3。

安装架1由防腐蚀、高强度的材料制成，可以长期在水环境中工作而保持其自身的刚度。安装架1上固定连接有探测组件、驱动组件，以及用于提供动力的电源组件。在电源组件供能的状态下，驱动组件推动所述管道巡检水下机器人移动，在水下实现三维方向运动，并且所述探测组件同时检测管道外壁或者内壁上的情况，为后续管道的修理工作提供资料。安装架1底部设有配重盒2，配重盒 2内安装有带磁性的配重块3，配重块3通过磁性吸附在配重盒2上、与配重盒 2磁性连接，当需要增减配重块3的数量或者调整配重块3的位置时，可以方便地徒手取下配重块3，再安装在相应位置上，简化所述管道巡检水下机器人调整配重的过程，提高实际操作效率。

实施例二：

如图1或者图3所示，实施例一的基础上，为了避免配重盒2或配重块3 的磁性干扰所述管道巡检水下机器人上的其他电子零部件，或者在作业时吸附其他磁性物体，配重盒2为不具有磁性的材质制成，因此在配重盒2内设置一块磁板4，带磁性的配重块3吸附在磁板4上，磁板4可拆卸地固定安装在配重盒2 内。所述配重盒2包括盒体与盒盖201，盒盖201与所述盒体滑动连接，配重盒 2内可拆卸连接有磁板4，配重块3与磁板4吸附配合。盒体后部的侧壁上开设有一个插槽202，盒盖201穿过插槽202后与盒体相对的一侧配合，完成配重盒2的封闭。盒盖201和盒体前部的侧壁上均设有磁块，二者通过磁块吸附固定住。盒盖201上设有方便拿取的拉手203，可以通过拉动拉手203方便地打开盒盖201。盒体开口朝下设置，盒盖201朝下设置的目的是方便开启配重盒2以取出配重块 3。本实施例包含的其他结构的实施原理和实施步骤与实施例一相同。

实施例三：

如图1或者图2所示，在实施例一的基础上，所述安装架1包括底架101 和侧安装架102，侧安装架102的数量为两个，两个侧安装架102安装在底架101 两侧，形成一个“凵”字型的结构，探测组件、驱动组件和电源组件均安装在所述“凵”字型结构的安装架1内侧。

更进一步的，所述探测组件固定连接于底架101顶部，包括探测声呐5和水密舱6，水密舱6内部设有摄像头组件7，探测声呐5和摄像头组件7均与电源组件电连接。探测声呐5通过声波反射技术可以对管道外壁或者内壁进行声呐扫描，以发现摄像系统难以发现的微小裂缝。水密舱6内部设有摄像头组件7及其控制芯片，用于水下拍摄。水密舱6前部为半球状的透明弧形面板。摄像头组件 7通过云台组件安装在水密舱6前部，所述云台组件可相对所述透明弧形面板旋转，改变摄像头组件7镜头的拍摄角度，使管道巡检机器人能够获得更大的拍摄范围。水密舱6中后部还设有控制管道巡检机器人运动的芯片，以及用于传输数据、信号的控制组件，水密舱6末端可拆卸连接有带若干接线口的密封罩601，从接线口伸出的线缆连接驱动组件与电源组件。为了实现管道巡检机器人整体的平衡，水密舱6设置在底架101顶部的居中位置，与两边的侧安装架102的间距相同，管道巡检机器人整体呈现以水密舱6为对称轴的姿态。为了照射管道巡检机器人前进的方向、便于拍摄，底架101顶部设有两个照明灯8，两个照明灯8 以水密舱6为轴对称设置。

更进一步的，所述驱动组件包括设于侧安装架102相向一侧的第一驱动器9 和第二驱动器10，第一驱动器9和第二驱动器10均为螺旋桨式推进器，第一驱动器9的数量为四个，分别水平安装于两个侧安装架102的两侧，其螺旋桨的旋转轴向方向与侧安装架102所在的平面呈45°角且以水密舱6为轴对称安装；第二驱动器10的数量为两个，其螺旋桨的旋转轴向方向与第一驱动器9的轴向形成的平面垂直。当管道巡检机器人正常运作以前进时，以水密舱6为轴对称的两个第一驱动器9产生的合力，可以抵消横向方向上的分力，达到向前运动的效果。当机器人转向时，以水密舱6为轴对称的两个第一驱动器9产生差速度，产生的合力分别在机头(以所述透明弧形面板为机头)和机尾(以所述接线口为机尾)产生一个方向相反的横向分力，达到转向运动的效果。第二驱动器10设置在侧安装架102相向一侧，第二驱动器10通过改变其螺旋桨的旋转方向以产生垂直向上或向下的力，以控制机器人上浮或者下潜，实现机器人的三维方向运动。可以得知的是，两个第二驱动器10也可以独立进行控制，包括同时实现相反方向的旋转，使其中一个产生垂直向上的推力，另一个产生垂直向下的推力，实现机器人的翻转控制。

此外，侧安装架102相向一侧还安装有四个整流罩16，分别位于第二驱动器10两侧，整流罩16内部填充有浮力材料，用于在水下给所述管道巡检水下机器人提供额外浮力，保持重力与浮力的受力平衡。

实施例四：

如图1或图2所示，实施例三的基础上，在侧安装架102相对一侧还设有若干防水电机13，电源组件与防水电机13电连接并为其提供驱动电源，防水电机 13可拆卸连接有外接设备模块。本实施例所述的外接设备模块为与防水电机13 转动连接的连接臂14，以及设于连接臂14远离防水电机13一端的第二照明灯 15。防水电机13和连接臂14相配合一端均设有可以实现快速连接与拆卸的快拆头，当连接臂14和防水电机13连接时，二者实现电连接以及信号传输，位于水密舱6中后部的控制组件可以对已连接的外接设备模块实现操控。控制组件对防水电机13发出控制信号，通过防水电机13的运行带动连接臂14转动，进而带动与连接臂14固定连接的第二照明灯15转动照明角度，使得机器人在对管道进行检测时可通过第二照明灯15辅助照射周围的管道区域，相应地提高拍摄图片的清晰度。所述外接设备模块还可以是其他用来实现某些特定功能或作用的其他机械结构，这里不再一一穷举。值得注意的是，当连接不同的外接设备模块时，所述管道巡检水下机器人整体的重心会发生改变，因此需要调整配重块的位置和数量，由于本实施例采用磁性吸附的配重块，因此可以方便地对其进行调整。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，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。凡在本实用新型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)

1.一种管道巡检水下机器人，包括安装架(1)，安装架(1)上设有用于监测管道的探测组件，控制所述管道巡检水下机器人移动的驱动组件，以及用于给探测组件和驱动组件提供动力源的电源组件，其特征在于，安装架(1)上还设有配重盒(2)，配重盒(2)内设有若干与其磁性连接的配重块(3)。

2.根据权利要求1所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，配重盒(2)包括盒体与盒盖(201)，盒盖(201)与所述盒体活动连接，配重盒(2)内可拆卸连接有磁板(4)，配重块(3)与磁板(4)吸附配合。

3.根据权利要求2所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，所述盒体一侧设有插槽(202)，盒盖(201)穿过插槽与盒体滑动连接，盒盖(201)上设有方便拿取的拉手(203)。

4.根据权利要求1所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，安装架(1)包括底架(101)和侧安装架(102)，侧安装架(102)的数量为两个，分别固定连接于底架(101)两侧；探测组件和电源组件居中地可拆卸连接于底架(101)上，驱动组件可拆卸连接于两个侧安装架(102)上。

5.根据权利要求4所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，所述探测组件包括探测声呐(5)和水密舱(6)，水密舱(6)内部设有摄像头组件(7)，探测声呐(5)和摄像头组件(7)均与电源组件电连接。

6.根据权利要求5所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，底架(101)上还设有至少一个与其可拆卸连接的照明灯(8)，照明灯(8)与电源组件电连接。

7.根据权利要求5所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，所述电源组件包括设于底架(101)和水密舱(6)之间的电池安装舱(11)，电池安装舱(11)内设有电池，电池安装舱(11)一端设有与电池连接的电源接线口(12)，电源接线口(12)通过线缆分别与探测组件和驱动组件连接。

8.根据权利要求5所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，所述驱动组件包括设于侧安装架(102)相向一侧的第一驱动器(9)和第二驱动器(10)，第一驱动器(9)和第二驱动器(10)均为螺旋桨式推进器，第一驱动器(9)的数量为四个，分别水平安装于两个侧安装架(102)的两侧，其螺旋桨的旋转轴向方向与侧安装架所在的平面呈45°角且以水密舱(6)为轴对称安装；第二驱动器(10)的数量为两个，其螺旋桨的旋转轴向方向与第一驱动器(9)的轴向形成的平面垂直。

9.根据权利要求4所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，侧安装架(102)相对一侧还设有若干与电源组件电连接的防水电机(13)，防水电机(13)可拆卸连接有外接设备模块。

10.根据权利要求9所述的管道巡检水下机器人，其特征在于，所述外接设备模块包括与防水电机(13)转动连接的连接臂(14)，以及设于连接臂(14)远离防水电机(13)一端的第二照明灯(15)。

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