CN219673679U - 一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人 - Google Patents

Abstract

一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，包括爬行机构、定心机构、搭载机构及控制机构：爬行机构与管道内壁滚动接触，用于支撑并驱动整个爬行机器人沿管道内壁行进；定心机构设置在所述爬行机构的一端且弹性卡设在管道内壁上，用于使个爬行机器人悬空并处于管道中央；所述搭载机构转动安装在所述爬行机构的另一端且其上设置有激光位移传感器，所述激光位移传感器朝向管道内壁布置；所述控制机构包括用于人机交互的上位机及用于调控所述爬行机构和搭载机构的下位机。本实用新型能够自主完成对变径内径管道内壁的探测瑕疵工作，适应性强，可大大提高对管道内壁检测的工作效率，降低工作成本，避免人工检测所带来的危险和成本增加。

Description

一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人

技术领域

本实用新型涉及一种管道内检测机器人，尤其是一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，属于管道无损检测技术领域。

背景技术

公知的，随着现代科学技术的发展，管道运输作为一种高效、安全、可靠的手段应用日益广泛，城市中的地下排水系统、取暖系统、煤气系统、自来水系统等都应用了各种管道；另外，在现代工农业、石油、化学、核工业等领域也大量使用了管道。经过长期使用，它们会出现裂纹、腐蚀、堵塞等故障。有的管道中输送的是剧毒或放射性介质，若这些管道产生裂纹、漏孔会造成介质泄漏，引起事故甚至发生灾难。为了防患于未然，必须对这些管道进行定期检测和维修。但是它们有的埋在地下，甚至埋在海底，有的口径很小，人无法进入。挖出管道进行检测、维修既不经济又不现实，由此衍生了管道检测机器人(即管内爬行机器人驱动机构)。

目前，现有的管内检测机器人，例如CN218727035U一种管道无损检测装置，CN115201336A一种管道无损检测装置。虽然这些现有管内检测机器人都具备进入管道内移动检测的功能，并且有的还能调整尺寸，适用于不同内径管道的检测。但是在移动检测过程中管内检测机器人的尺寸是固定的，不可以随着内径变化进行随时调整，适应性较差，不能适应大范围的管道内径变化，运行中姿态的调整不够理想，致使在十字型、丁字型等较复杂的管道内径中不能较平稳的通过，导致检测效率、准确性降低，甚至检测失败。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，该爬行机器人能够自主完成对变径管道内壁的探测瑕疵工作，适应性强，可大大提高对管道内壁检测的工作效率，降低工作成本，避免人工检测所带来的危险和成本增加。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，包括：

爬行机构，与管道内壁滚动接触，用于支撑并驱动整个爬行机器人沿管道内壁行进；

定心机构，设置在所述爬行机构的一端且弹性卡设在管道内壁上，用于使个爬行机器人悬空并处于管道中央；

搭载机构，所述搭载机构转动安装在所述爬行机构的另一端且其上设置有激光位移传感器，所述激光位移传感器朝向管道内壁布置；

控制机构，所述控制机构包括用于人机交互的上位机及用于调控所述爬行机构和搭载机构的下位机。

可选的，所述爬行机构包括主载板及环向均布在所述主载板外侧的四个爬行分支机构；每个所述爬行分支机构均包括条形侧支架及依次设置在条形侧支架上的驱动组件和爬行组件，驱动组件与爬行组件传动连接，爬行组件与管道内壁相接触；条形侧支架的内侧通过变径弹簧连接在主载板上。

可选的，所述驱动组件包括固定在条形侧支架上的驱动电机、主动带轮、从动带轮；所述爬行组件包括驱动轮及从动轮，驱动电机与主动带轮及主动带轮与从动带轮分别通过皮带传动连接，传动带轮与驱动轮同轴连接，从动轮布置在驱动轮的后方。

可选的，所述定心机构包括圆盘形主体，所述圆盘形主体的四周开设有均布的四个安装凹槽，每个安装凹槽中从外向内设有依次连接的轮子、轮子底盘、轮子底板及弹簧；所述圆盘形主体的中部还固定连接在爬行机构的主载板前端上。

可选的，所述下位机设置在控制盒内，所述控制盒固定连接在主载板的后端且位于四个爬行分支机构内侧，控制盒的前端还通过连接杆与圆盘形主体的端面固定连接。

可选的，所述搭载机构包括搭载主体、搭载盘、搭载板及旋转电机，搭载盘通过搭载板固定连接在控制盒上，旋转电机安装在搭载盘内，搭载盘与搭载主体后部固定连接，搭载主体设置在搭载盘前方外部且与旋转电机同轴相连，激光位移传感器安装在搭载主体上。

相比现有技术，本实用新型的一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，通过设置爬行机构、定心机构、搭载机构和控制机构，成为可在管道内壁爬行，并且搭载工作体(即激光位移传感器)的部分可协助工作体完成相应作业的可以变径机器人。具体地，通过控制机构可以使机器人能够按照所搭载工作体(激光位移传感器)的要求进行移动，并在工作体的工作位置做出相应的辅助动作，机器人在行进过程中可在任意位置停止前进，并可以在该位置开始作业，从而实现工作体可在不同内径管道内变径完成工作。这样本实用新型适用于可变径管道内检测的爬行机器人，能够自主完成对不同内径的管道内壁探测瑕疵工作且能适应变径的环境进行工作，增加了其应用范围且适应性强，大大提高了对管道内壁检测的工作效率，工作成本也较低，也避免了人工检测所带来的危险和成本增加。本实用新型的爬行机器人装置可以广泛的应用于各种管道内壁检测作业中，同时在经济实用性和复杂性方面，本实用新型可以使检测机构正常在管道内行走，对其前进和后退的速度进行准确控制，也可以控制搭载机构的旋转速率，可以使得其更加灵活，从而可以精确对管道内各处到激光位移传感器的距离进行测量，可以更好检测管道内的瑕疵。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型一个实施例适用于可变径管道内检测的爬行机器人的立体结构示意图。

图2是本实用新型一个实施例适用于可变径管道内检测的爬行机器人的俯视结构示意图。

图3是图2中A-A处的剖视图。

图4是本实用新型一个实施例适用于可变径管道内检测的爬行机器人的主视结构示意图。

图5是本实用新型一个实施例适用于可变径管道内检测的爬行机器人的侧视结构示意图。

图6是本实用新型一个实施例适用于可变径管道内检测的使用结构示意图。

图7是本实用新型一个实施例适用于可变径管道内检测中控制机构的结构框图。

图中附图标记的含义说明：

10-爬行机器人；11-定心机构；111-圆盘形主体；111-1-安装凹槽；112-轮子；113-轮子底盘；114-轮子底板；115-弹簧；12-爬行机构；121-主载板；122-爬行分支机构；1221-条形侧支架；1221-1-变径弹簧；1222-驱动组件；1222-1-驱动电机；1222-2-主动带轮；1222-3-从动带轮；1223-爬行组件；1223-1-驱动轮；1223-2-从动轮；13-搭载机构；131-搭载主体；132-搭载盘；133-搭载板；134-旋转电机；14-激光位移传感器；15-控制机构；151-上位机；152-下位机；1521-控制盒；1521-1-连接杆；20-管道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型的保护范围。

图1至图7示出了本实用新型一个较佳的实施例的结构示意图，图中的一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人10，包括：

爬行机构12，与管道20内壁滚动接触，用于支撑并驱动整个爬行机器人10沿管道20内壁行进；

定心机构11，设置在所述爬行机构12的一端且弹性卡设在管道20内壁上，用于使个爬行机器人10悬空并处于管道20中央；

搭载机构13，所述搭载机构13转动安装在所述爬行机构12的另一端且其上设置有激光位移传感器14，所述激光位移传感器14朝向管道20内壁布置；

控制机构15，所述控制机构15包括用于人机交互的上位机151及用于调控所述爬行机构12和搭载机构13的下位机152。

利用激光位移传感器14，随搭载机构13进入管道20，可以完成管道20内部的三维重建，检测出管道20内壁所存在的瑕疵。同时，搭载机构13由爬行机构12提供动力在管道中的移动，使搭载了激光位移传感器14的整个机器人可在管道20内壁爬行，实现管道20的通长检测。此外，定心机构11保证了检测过程中，机器人恒定居中，保证了检测的精准度。再者，搭配使用控制机构15实现了智能化的自主检测过程：通过上位机151人工输入一个控制信号，可以通过下位机152对驱动电机1222-1等进行电气控制，从而使机器人能够按照所搭载激光位移传感器14的要求进行移动，并在激光位移传感器14的工作位置做出相应的辅助动作；机器人在行进过程中可在任意位置停止前进，并可以在该位置开始作业，激光位移传感器14可在不同内径管道20内变径完成工作。

在本实施例的进一步可选实施方式中，所述爬行机构12包括主载板121及环向均布在所述主载板121外侧的四个爬行分支机构122；每个所述爬行分支机构122均包括条形侧支架1221及依次设置在条形侧支架1221上的驱动组件1222和爬行组件1223，驱动组件1222与爬行组件1223传动连接，爬行组件1223与管道20内壁相接触；条形侧支架1221的内侧通过变径弹簧1221-1连接在主载板121上。

在本实施例的进一步可选实施方式中，所述驱动组件1222包括固定在条形侧支架1221上的驱动电机1222-1、主动带轮1222-2、从动带轮1222-3；所述爬行组件1223包括驱动轮1223-1及从动轮1223-2，驱动电机1222-1与主动带轮1222-2及主动带轮1222-2与从动带轮1222-3分别通过皮带传动连接，传动带轮与驱动轮1223-1同轴连接，从动轮1223-2布置在驱动轮1223-1的后方。

在具体实施中，驱动轮1223-1可以与轴进行尺寸配合后一端与轴承相连，一端通过键与从动带轮1222-3同步相连。从动轮1223-2可以与轴和一对轴承直接进行尺寸配合并固定至条形侧支架1221上。变径弹簧1221-1一端与主载板121上的弹簧孔配合，另一端则是和驱动轮1223-1下的条形侧支架1221相连接，通过形变产生的正压力来实现在管道20内的行走，同时实现变径功能。主动带轮1222-2通过键与驱动电机1222-1的输出轴直接相连，驱动电机1222-1的动力由主动带轮1222-2传输至从动带轮1222-3后带动驱动轮1223-1，起到向驱动轮1223-1传动扭矩并使其运动的作用。驱动电机1222-1是整个机构的动力源，可以通过四颗螺钉固定至条形侧支架1221上使其稳定输出转矩。条形侧支架1221的作用主要是用来固定各零部件。

装配完后的该爬行机构12工作过程如下：通过下位机152控制驱动电机1222-1定速旋转，驱动电机1222-1通过同步带轮传递扭矩至驱动轮1223-1，驱动轮1223-1在变径弹簧1221-1形变产生对管道20内壁的压力下可以在其内壁定速前进或后退。

在本实施例的进一步可选实施方式中，所述定心机构11包括圆盘形主体111，所述圆盘形主体的四周开设有均布的四个安装凹槽111-1，每个安装凹槽111-1中从外向内设有依次连接的轮子112、轮子底盘113、轮子底板114及弹簧115；所述圆盘形主体111的中部还固定连接在爬行机构12的主载板121前端上。

具体实施时，定心机构11的主体结构，可以是加工后直径为140cm的法兰圆盘，具有精度高的优点。弹簧115的一端与轮子底板114相连，另一端和圆盘形主体的弹簧孔相连，能够起到变径和定心的作用。轮子底板114，可以通过螺钉和轮子底盘113连接，作用是使轮子112可以定心360度进行转动，使轮子112可以攀附管道20内壁进行行走并防止其在管道20内壁出现卡轮的现象。轮座底盘，起到安装轴承和轴，固定轮子112的作用。轮子112可以是直径为32cm的合金轮，它在弹簧115力和自身结构的作用下能够紧紧攀附在管道20内壁。

在本实施例的进一步可选实施方式中，所述下位机152设置在控制盒152内，所述控制盒152固定连接在主载板121的后端且位于四个爬行分支机构122内侧，控制盒152的前端还通过连接杆1521与圆盘形主体111的端面固定连接。此外，控制盒152也作为电池仓使用，主要用来储存搭载机构13旋转的和爬行机构12的驱动电机1222-1所需的电池。

在本实施例的进一步可选实施方式中，所述搭载机构13包括搭载主体131131、搭载盘132、搭载板133及旋转电机134，搭载盘132通过搭载板133固定连接在控制盒152上，旋转电机134安装在搭载盘内，搭载盘132与搭载主体131后部固定连接，搭载主体131设置在搭载盘132前方外部且与旋转电机134同轴相连，激光位移传感器14安装在搭载主体131上。

搭载机构13搭载高精度的激光位移传感器14，可以通过安装的一个两相步进电机作为旋转电机134使其匀速平稳旋转，并通过所搭载的激光位移传感器14测量其位置到管道20内壁的距离来测试内壁是否由瑕疵或裂痕。激光位移传感器14功能则主要负责探测到管道20内壁的距离，也可搭载高精度的激光探头实时传回管道20内部影像。

在具体实施中，搭载盘132可以通过四根螺钉与爬行机构12连接固定，其主要作用是固定定位搭载机构13的整体位置。搭载板133同样通过四根螺钉与搭载盘132连接，同时通过螺钉与旋转电机134固定，使旋转电机134能够定位至整体机构的中心并平稳输出转矩。搭载主体131通过键连接与旋转电机134相连，通过旋转电机134的输出转矩可以使其定速匀速旋转。搭载主体131上可以设两个螺钉孔与所选的激光位移传感器14所选尺寸匹配，可以将其固定至搭载主体131上，其中心部分应该通过切削刨去，使其重量减轻且不影响其功能正常运行。由于机器人整体由定心机构11固定至管道20中心位置，因此三角式激光位移传感器14发射的光束至内壁距离应相同，可以作为优选的具体选设，如果测距显示模块出现过大变化或误差，则说明该处的管道20内壁存在问题。

装配完成后的搭载机构13工作过程如下：整体搭载机构13由搭载盘132和搭载板133限制旋转电机134自由度,旋转电机134通过键与搭载主体131连接，在下位机152的控制下使旋转电机134输出转矩带动搭载主体131旋转，激光位移传感器14固定至搭载主体131上一同旋转对管道20内壁进行测距，并将其收集的数据传送回上位机151，从而完成整体探测过程。

从功能角度看，本实施例适用于可变径管道内检测的爬行机器人10由软件和硬件两部分实现，本实用新型则是硬件部分的技术方案，不涉及软件部分的改进，软件部分主要基于硬件部分自带，属于现有技术范畴，本领域技术人员直接通过选用或采购控制机构15的硬件即可。参照图6和图7，本实施例的硬件机构包括爬行机构12、定心机构11、搭载机构13和控制机构15，其中带有弹簧115结构的定心机构11，通过四个周向均布的轮子112卡住管道20的内壁，使整体机构悬空并处在管道20中央；爬行机构12为两轮驱动的四轮爬行机构12，由上下对称的两个行走轮子卡住管道20，通过两相步进电机控制驱动，使其在管道20内壁匀速平稳行走；搭载机构13为高精度激光位移传感器14的承载结构，通过安装的一个两相步进电机使其匀速平稳旋转，并通过所搭载的激光位于传感器测量其位置到管道20内壁的距离来测试内壁是否由瑕疵或裂痕。控制机构15的硬件部分为能够直接获取并安装使用的上位机151和下位机152。至于上位机151和下位机152的控制系统，则属于本实用新型的软件机构，参照图7，软件主要包含上位机151的对下位机152控制及对下位机152收集的数据进行收集和分析的软件和下位机152的控制系统软件，本实施例不涉及编写软件，只需要根据功能从现有技术中选用配置有该软件的上位机151和下位机152硬件即可。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，其特征是，包括：

爬行机构，与管道内壁滚动接触，用于支撑并驱动整个爬行机器人沿管道内壁行进；

定心机构，设置在所述爬行机构的一端且弹性卡设在管道内壁上，用于使个爬行机器人悬空并处于管道中央；

搭载机构，所述搭载机构转动安装在所述爬行机构的另一端且其上设置有激光位移传感器，所述激光位移传感器朝向管道内壁布置；

控制机构，所述控制机构包括用于人机交互的上位机及用于调控所述爬行机构和搭载机构的下位机。

2.根据权利要求1所述的一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，其特征是：所述爬行机构包括主载板及环向均布在所述主载板外侧的四个爬行分支机构；每个所述爬行分支机构均包括条形侧支架及依次设置在条形侧支架上的驱动组件和爬行组件，驱动组件与爬行组件传动连接，爬行组件与管道内壁相接触；条形侧支架的内侧通过变径弹簧连接在主载板上。

3.根据权利要求2所述的一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，其特征是：所述驱动组件包括固定在条形侧支架上的驱动电机、主动带轮、从动带轮；所述爬行组件包括驱动轮及从动轮，驱动电机与主动带轮及主动带轮与从动带轮分别通过皮带传动连接，传动带轮与驱动轮同轴连接，从动轮布置在驱动轮的后方。

4.根据权利要求2或3所述的一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，其特征是：所述定心机构包括圆盘形主体，所述圆盘形主体的四周开设有均布的四个安装凹槽，每个安装凹槽中从外向内设有依次连接的轮子、轮子底盘、轮子底板及弹簧；所述圆盘形主体的中部还固定连接在爬行机构的主载板前端上。

5.根据权利要求4所述的一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，其特征是：所述下位机设置在控制盒内，所述控制盒固定连接在主载板的后端且位于四个爬行分支机构内侧，控制盒的前端还通过连接杆与圆盘形主体的端面固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种适用于可变径管道内检测的爬行机器人，其特征是：所述搭载机构包括搭载主体、搭载盘、搭载板及旋转电机，搭载盘通过搭载板固定连接在控制盒上，旋转电机安装在搭载盘内，搭载盘与搭载主体后部固定连接，搭载主体设置在搭载盘前方外部且与旋转电机同轴相连，激光位移传感器安装在搭载主体上。