CN219367143U - 一种轮式变径水下管道内巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轮式变径水下管道内巡检机器人，属于管道检测技术领域，该轮式变径水下管道内巡检机器人具有机身、驱动装置以及移动组件，移动组件通过驱动装置与机身连接；驱动装置包括主步进电机、联轴器、梯形丝杠、丝杠支架、丝杠螺母以及滑块，主步进电机固定安装在密闭舱的左侧，主步进电机的输出轴通过联轴器与梯形丝杠连接，联轴器的左侧固定安装有丝杠支架，梯形丝杠上安装有丝杠螺母以及滑块，丝杠螺母与滑块通过螺栓连接为一体；该巡检机器人能够解决现有管道机器人只能适应于单一直径管道作业环境，且大多数采用的履带式驱动结构，整体结构复杂，设计困难，驱动力较大，在转弯过程中功率损失较大的问题，同时能够防水防腐蚀。

Description

一种轮式变径水下管道内巡检机器人

技术领域

本实用新型属于管道检测技术领域，具体而言，涉及一种轮式变径水下管道内巡检机器人。

背景技术

随着工业技术的不断发展，管道运输技术取得了长足的进步，利用管道进行物料运输，能使物料在运输过程中与外界隔绝，减少对环境的污染，降低运输的危险。又因其具有输送量大、结构简单、安全可靠等优点，广泛地被用于石油工业、化工、城市供排水等领域。与此同时管道运输也面临着巨大的挑战，管道由于运送介质的化学腐蚀，常处于恶劣环境或深埋于地下受不可抗力的自然灾害的影响等因素，管道内侧容易出现腐蚀、泄露、损坏等缺陷。因此，为了延长管道寿命防止泄露事故的发生，需要定期对管道内部进行检测和维护。

公开号为CN216383103U(申请号：CN202122511331.X)的中国专利提供一种水下管道巡检机器人，包括机器人本体，设置于机器人本体内部的控制主板、电源组件、数据存储器、无线通讯组件以及定位组件，机器人本体内四角均设有进退螺旋桨机构，机器人本体中部左右两侧均设有上下螺旋桨机构，机器人本体顶端设有红外摄像头，能够对管道上的缺陷和垃圾进行检测。

但是这种管道机器人只能适应于单一直径管道作业环境，且大多数采用的履带式驱动结构，整体结构复杂，设计困难，因为其驱动力较大，在转弯过程中功率损失较大；同时现有的管道机器人整体的防水性能较差，不能够搭载防水性能较差的检测设备。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种轮式变径水下管道内巡检机器人，能够解决现有管道机器人只能适应于单一直径管道作业环境，且大多数采用的履带式驱动结构，整体结构复杂，设计困难，驱动力较大，在转弯过程中功率损失较大的问题；同时能够解决现有的管道机器人整体的防水性能较差，不能够搭载防水性能较差的检测设备的问题。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其中，具有机身、驱动装置以及移动组件，所述移动组件为3个，分别设置在所述机身的外侧，所述移动组件通过所述驱动装置与所述机身连接；所述机身的左侧设置有固定块，所述固定块用于搭载摄像头或其他检测设备，所述机身的右侧设置有密闭舱；所述驱动装置包括主步进电机、联轴器、梯形丝杠、丝杠支架、丝杠螺母以及滑块，所述主步进电机固定安装在所述密闭舱的左侧，所述主步进电机的输出轴通过所述联轴器与所述梯形丝杠连接，所述联轴器的左侧固定安装有所述丝杠支架，所述丝杠支架用于支撑所述梯形丝杠；所述梯形丝杠上安装有所述丝杠螺母以及所述滑块，所述丝杠螺母与所述滑块通过螺栓连接为一体；所述驱动装置还包括有前端连杆以及后端连杆，所述前端连杆与所述后端连杆用于连接所述机身与所述移动组件。

丝杠螺母与滑块通过M8的螺栓连接为一体；

通过设置机身，用于给该巡检机器人提供支撑；通过设置固定块，用于搭载摄像头等检测设备，方便对水下管道内进行巡检，避免意外的发生；通过设置驱动装置，实现变径对管道内进行巡检，方便适应不同大小的管道，使得该巡检机器人能够直接对所有管道进行巡检，无需更换的设备，增强了实用性；通过设置移动组件，带动该巡检机器人移动，方便对管道内进行巡检。

在上述技术方案的基础上，本实用新型的一种轮式变径水下管道内巡检机器人还可以做如下改进:

其中，所述前端连杆以及所述后端连杆延所述机身轴平行设置，所述前端连杆的一端铰接在所述机身的中部位置，所述前端连杆的另一端交接在所述移动组件上；所述后端连杆的一端铰接在所述机身的侧壁后部，所述后端连杆的另一端铰接在与所述前端连杆连接的所述移动组件上；所述前端连杆与所述滑块通过支撑杆连接，所述支撑杆用于支撑所述前端连杆。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置前端连杆和后端连杆的折叠，实现该巡检机器人在不同内径的管道中进行巡检，能适应不同的作业环境。

其中，所述丝杠螺母以及所述滑块之间安装有薄膜压力传感器，所述薄膜压力传感器用于监测该机器人与管道内壁之间的压力。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置薄膜压力传感器，能够间接测量机器人与管壁之间的压力，保证机器人与管壁之间有足够的摩擦力，使机器人的每一个移动组件能有效贴合在管壁上，为机器人提供良好的稳定性和附着力，防止机器人因一轴或多轴离开管壁而产生侧滑或倾覆。

其中，所述移动组件内部设置有电机支架，所述电机支架上安装有驱动步进电机以及减速器，所述减速器的输出轴与所述主动锥齿轮连接，所述减速器上还设置有从动锥齿轮以及传动轴，所述从动锥齿轮与所述主动锥齿轮啮合连接，所述传动轴与所述从动锥齿轮固定连接，所述传动轴的两端伸出移动组件。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置电机支架、驱动步进电机、减速器、主动锥齿轮、从动锥齿轮以及传动轴，能够实现差速控制保证机器人能够顺利过弯，避免了复杂的转向机构。

进一步的，所述移动组件上还设置有橡胶轮，所述橡胶轮与伸出所述移动组件的所述传动轴连接。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置橡胶轮，方便该巡检机器人在管道内移动。

其中，所述密闭舱的右侧固定安装有电缆，所述电缆用于给该巡检机器人供电，并传送该机器人采集到的信息。

采用上述改进方案的有益效果为：通过电缆，用于将采集的管道内壁图形视频等信息实时地传送到PC端，实现对管道内壁地实时监测，实现对管道内壁腐蚀、泄露、损坏等缺陷的检测。

其中，该巡检机器人上还设置有惯性导航仪，所述惯性导航仪用于确保该机器人在管道中有正确的姿态。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置惯性导航仪，保证机器人在管道中有正确的姿态，避免机器人在管道中倾覆，同时也能够解算出机器人在管道中行驶的距离。

进一步的，还设置有控制器，所述控制器设置在所述机身右侧的密闭舱中，所述控制器与所述主步进电机、所述驱动步进电机所述薄膜压力传感器以及所述惯性导航仪电连接。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置控制器，实现对巡检机器人移动的控制。

其中，3个所述移动组件分别通过所述驱动装置固定在所述机身的侧壁同一水平位置上，所述移动组件之间呈120°分布。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置3个移动组件，能够实现差速控制保证机器人能够顺利过弯，避免了复杂的转向机构。

其中，所述机身为一体化防腐蚀、防水材料制成。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置机身为防腐蚀、防水材料制成，使得该巡检机器人能够顺利在管道中移动，进行巡检。

与现有技术相比较，本实用新型提供的一种轮式变径水下管道内巡检机器人的有益效果是：通过设置机身，用于给该巡检机器人提供支撑，能够解决现有的管道机器人整体的防水性能较差，不能够搭载防水性能较差的检测设备的问题；通过设置固定块，用于搭载摄像头等检测设备，方便对水下管道内进行巡检，避免意外的发生；通过设置驱动装置，实现变径对管道内进行巡检，方便适应不同大小的管道，使得该巡检机器人能够直接对所有管道进行巡检，无需更换的设备，增强了实用性，能够解决现有管道机器人只能适应于单一直径管道作业环境，且大多数采用的履带式驱动结构，整体结构复杂，设计困难，驱动力较大，在转弯过程中功率损失较大的问题；通过设置移动组件，带动该巡检机器人移动，方便对管道内进行巡检；通过设置前端连杆和后端连杆的折叠，实现该巡检机器人在不同内径的管道中进行巡检，能适应不同的作业环境；通过设置薄膜压力传感器，能够间接测量机器人与管壁之间的压力，保证机器人与管壁之间有足够的摩擦力，使机器人的每一个移动组件能有效贴合在管壁上，为机器人提供良好的稳定性和附着力，防止机器人因一轴或多轴离开管壁而产生侧滑或倾覆。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种轮式变径水下管道内巡检机器人的结构示意图；

图2为驱动装置的结构示意图；

图3为移动组件的结构示意图；

图4为一种轮式变径水下管道内巡检机器人的电连接图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、机身；11、固定块；20、驱动装置；21、主步进电机；22、联轴器；23、梯形丝杠；24、丝杠支架；25、丝杠螺母；26、滑块；27、前端连杆；271、支撑杆；28、后端连杆；30、移动组件；31、电机支架；32、驱动步进电机；33、减速器；34、主动锥齿轮；35、从动锥齿轮；36、传动轴；37、橡胶轮；40、控制器；50、薄膜压力传感器；60、惯性导航仪。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-4所示，是本实用新型提供的一种轮式变径水下管道内巡检机器人的第一实施例，在本实施例中，具有机身10、驱动装置20以及移动组件30，移动组件30为3个，分别设置在机身10的外侧，移动组件30通过驱动装置20与机身10连接；机身10的左侧设置有固定块11，固定块11用于搭载摄像头或其他检测设备，机身10的右侧设置有密闭舱；驱动装置20包括主步进电机21、联轴器22、梯形丝杠23、丝杠支架24、丝杠螺母25以及滑块26，主步进电机21固定安装在密闭舱的左侧，主步进电机21的输出轴通过联轴器22与梯形丝杠23连接，联轴器22的左侧固定安装有丝杠支架24，丝杠支架24用于支撑梯形丝杠23；梯形丝杠23上安装有丝杠螺母25以及滑块26，丝杠螺母25与滑块26通过螺栓连接为一体；驱动装置20还包括有前端连杆27以及后端连杆28，前端连杆27与后端连杆28用于连接机身10与移动组件30。

丝杠螺母25与滑块26通过M8的螺栓连接为一体；

使用时，将该巡检机器人放入到管道中，主步进电机21开始工作，带动梯形丝杠23旋转，丝杠螺母25带动滑块26向另一端运动，前端连杆27经推动张开，使得移动组件30与管道内壁紧贴，移动组件30带动该巡检机器人在管道中移动；当进入不同直径的管道时，主步进电机21带动梯形丝杠23旋转，丝杠螺母25带动滑块26向另一端运动，推动或拉动前端连杆27、后端连杆28，使得该巡检机器人紧贴在管道内壁上。其中，主步进电机21可选用广州三得电机有限公司生产的型号为57BYG97-0.9-25A的电机。

其中，在上述技术方案中，前端连杆27以及后端连杆28延机身10轴平行设置，前端连杆27的一端铰接在机身10的中部位置，前端连杆27的另一端交接在移动组件30上；后端连杆28的一端铰接在机身10的侧壁后部，后端连杆28的另一端铰接在与前端连杆27连接的移动组件30上；前端连杆27与滑块26通过支撑杆271连接，支撑杆271用于支撑前端连杆27。

使用时，将该巡检机器人放入到管道中，主步进电机21开始工作，带动梯形丝杠23旋转，丝杠螺母25带动滑块26向另一端运动，前端连杆27经支撑杆271推动张开，使得移动组件30与管道内壁紧贴，移动组件30带动该巡检机器人在管道中移动。

其中，在上述技术方案中，丝杠螺母25以及滑块26之间安装有薄膜压力传感器50，薄膜压力传感器50用于监测该机器人与管道内壁之间的压力。

使用时，薄膜压力传感器50实时感应丝杠螺母25与滑块26之间的压力值，使得该测量值始终与预定值一致。其中，薄膜压力传感器50可选用深圳市嘉宇顺科技有限公司生产的型号为Uni-111的薄膜压力传感器。

其中，在上述技术方案中，移动组件30内部设置有电机支架31，电机支架31上安装有驱动步进电机32以及减速器33，减速器33的输出轴与主动锥齿轮34连接，减速器33上还设置有从动锥齿轮35以及传动轴36，从动锥齿轮35与主动锥齿轮34啮合连接，传动轴36与从动锥齿轮35固定连接，传动轴36的两端伸出移动组件30。

使用时，驱动步进电机32工作使得该巡检机器人在管道中移动，当需要转弯时，3个驱动步进电机32独立工作实现差速控制，使得机器人顺利通过复杂弯道。其中，驱动步进电机32可选用广州三得电机有限公司生产的型号为57BYG97-0.9-25A的电机。

进一步的，在上述技术方案中，移动组件30上还设置有橡胶轮37，橡胶轮37与伸出移动组件30的传动轴36连接。

其中，在上述技术方案中，密闭舱的右侧固定安装有电缆，电缆用于给该巡检机器人供电，并传送该机器人采集到的信息。

使用时，驱动步进电机32工作使得该巡检机器人拖动电缆在管道中移动。

其中，在上述技术方案中，该巡检机器人上还设置有惯性导航仪60，惯性导航仪60用于确保该机器人在管道中有正确的姿态。

使用时，通过惯性导航仪60工作使得该巡检机器人始终以正确姿势前进。其中，惯性导航仪60可选用深圳市天工测控技术有限公司实力供应商生产的型号为SKM-6DM的惯性导航仪。

进一步的，在上述技术方案中，还设置有控制器40，控制器40设置在机身10右侧的密闭舱中，控制器40与主步进电机21、驱动步进电机32薄膜压力传感器50以及惯性导航仪60电连接。

使用时，控制器40发出控制信号，主步进电机21接收到该控制信号开始工作，带动梯形丝杠23旋转，丝杠螺母25带动滑块26向另一端运动，前端连杆27经支撑杆271推动张开，使得移动组件30与管道内壁紧贴，驱动步进电机32接收到该控制信号工作，使得该巡检机器人拖动电缆在管道中移动，当需要转弯时，3个驱动步进电机32独立工作实现差速控制，使得机器人顺利通过复杂弯道；当进入不同直径的管道时，主步进电机21带动梯形丝杠23旋转，丝杠螺母25带动滑块26向另一端运动，推动或拉动前端连杆27、后端连杆28，使得该巡检机器人紧贴在管道内壁上。

其中，在上述技术方案中，3个移动组件30分别通过驱动装置20固定在机身10的侧壁同一水平位置上，移动组件30之间呈120°分布。

其中，在上述技术方案中，机身10为一体化防腐蚀、防水材料制成。

具体的，本实用新型的原理是：控制器40发出控制信号，主步进电机21接收到该控制信号开始工作，带动梯形丝杠23旋转，丝杠螺母25带动滑块26向另一端运动，前端连杆27经支撑杆271推动张开，使得移动组件30与管道内壁紧贴，驱动步进电机32接收到该控制信号工作，使得该巡检机器人拖动电缆在管道中移动，当需要转弯时，3个驱动步进电机32独立工作实现差速控制，使得机器人顺利通过复杂弯道；当进入不同直径的管道时，主步进电机21带动梯形丝杠23旋转，丝杠螺母25带动滑块26向另一端运动，推动或拉动前端连杆27、后端连杆28，使得该巡检机器人紧贴在管道内壁上。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，具有机身(10)、驱动装置(20)以及移动组件(30)，所述移动组件(30)为3个，分别设置在所述机身(10)的外侧，所述移动组件(30)通过所述驱动装置(20)与所述机身(10)连接；所述机身(10)的左侧设置有固定块(11)，所述固定块(11)用于搭载摄像头，所述机身(10)的右侧设置有密闭舱；所述驱动装置(20)包括主步进电机(21)、联轴器(22)、梯形丝杠(23)、丝杠支架(24)、丝杠螺母(25)以及滑块(26)，所述主步进电机(21)固定安装在所述密闭舱的左侧，所述主步进电机(21)的输出轴通过所述联轴器(22)与所述梯形丝杠(23)连接，所述联轴器(22)的左侧固定安装有所述丝杠支架(24)，所述丝杠支架(24)用于支撑所述梯形丝杠(23)；所述梯形丝杠(23)上安装有所述丝杠螺母(25)以及所述滑块(26)，所述丝杠螺母(25)与所述滑块(26)通过螺栓连接为一体；所述驱动装置(20)还包括有前端连杆(27)以及后端连杆(28)，所述前端连杆(27)与所述后端连杆(28)用于连接所述机身(10)与所述移动组件(30)。

2.根据权利要求1所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，所述前端连杆(27)以及所述后端连杆(28)延所述机身(10)轴平行设置，所述前端连杆(27)的一端铰接在所述机身(10)的中部位置，所述前端连杆(27)的另一端交接在所述移动组件(30)上；所述后端连杆(28)的一端铰接在所述机身(10)的侧壁后部，所述后端连杆(28)的另一端铰接在与所述前端连杆(27)连接的所述移动组件(30)上；所述前端连杆(27)与所述滑块(26)通过支撑杆(271)连接，所述支撑杆(271)用于支撑所述前端连杆(27)。

3.根据权利要求1所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，所述丝杠螺母(25)以及所述滑块(26)之间安装有薄膜压力传感器(50)，所述薄膜压力传感器(50)用于监测该机器人与管道内壁之间的压力。

4.根据权利要求3所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，所述移动组件(30)内部设置有电机支架(31)，所述电机支架(31)上安装有驱动步进电机(32)以及减速器(33)，所述减速器(33)的输出轴与主动锥齿轮(34)连接，所述减速器(33)上还设置有从动锥齿轮(35)以及传动轴(36)，所述从动锥齿轮(35)与所述主动锥齿轮(34)啮合连接，所述传动轴(36)与所述从动锥齿轮(35)固定连接，所述传动轴(36)的两端伸出移动组件(30)。

5.根据权利要求4所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，所述移动组件(30)上还设置有橡胶轮(37)，所述橡胶轮(37)与伸出所述移动组件(30)的所述传动轴(36)连接。

6.根据权利要求1所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，所述密闭舱的右侧固定安装有电缆，所述电缆用于给该巡检机器人供电，并传送该机器人采集到的信息。

7.根据权利要求4所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，该巡检机器人上还设置有惯性导航仪(60)，所述惯性导航仪(60)用于确保该机器人在管道中有正确的姿态。

8.根据权利要求7所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，还设置有控制器(40)，所述控制器(40)设置在所述机身(10)右侧的密闭舱中，所述控制器(40)与所述主步进电机(21)、所述驱动步进电机(32)所述薄膜压力传感器(50)以及所述惯性导航仪(60)电连接。

9.根据权利要求1所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，3个所述移动组件(30)分别通过所述驱动装置(20)固定在所述机身(10)的侧壁同一水平位置上，所述移动组件(30)之间呈120°分布。

10.根据权利要求1所述的一种轮式变径水下管道内巡检机器人，其特征在于，所述机身(10)为一体化防腐蚀、防水材料制成。