CZ302170B6

CZ302170B6 - Robot pro cištení a inspekci potrubí a ovládací jednotka pro jeho rízení

Info

Publication number: CZ302170B6
Application number: CZ20090480A
Authority: CZ
Inventors: Farkavec@Petr; Smutný@Vladimír
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze - Fakulta elektrotechnická; Neovision S. R. O.
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2010-11-24
Also published as: US20120197440A1; WO2011009420A3; CZ2009480A3; EP2456578A2; EP2456578B1; WO2011009420A2; US9101967B2

Abstract

Robot je urcen k inspekci a cištení predevším vzduchotechnických potrubí. Jeho konstrukce a ovládání umožnuje robotu projíždet potrubí vodorovná, šikmá i svislá, projíždet oblouky s malými polomery a míjet odbocky. Konstrukce robotu fixuje robot v potrubí a ten tak muže dopravovat težkou užitecnou zátež a pusobit na potrubí silove. Také se reší komfortní ovládání robotu s více pohonnými jednotkami. Podstatou rešení je synchronizacní mechanismus, který roztahuje pohonné jednotky (16) všechny najednou a navíc zarucuje konstantní normálovou sílu na stenu potrubí (25). Pohon synchronizacního mechanismu je pneumatický. Robot (111) je vybaven adaptéry (31) pro potrubí (29) s obdélníkovým prurezem a prodlužovacími nástavci (37) pro potrubí (25) velkého prumeru. Dále je robot (111) vybaven senzory pro snímání stavu robota, tedy snímacem (27) polohy synchronizacního mechanismu, sklonomerem (26) a gyroskopem (12). Data z techto senzoru jsou zobrazována na monitoru (105). Pohyb robota (111) v potrubí (25) a tedy rychlost pohybu jednotlivých pásu je operátorem ovládána pouze tremi ovládacími prvky, smerem zatácení, polomerem zatácení a rychlostí pohybu. Robot dále je schopen vykonat zpátecní pohyb v potrubí (25) automaticky ze znalosti pohybu vpred.

Description

Robot pro čištění a inspekci potrubí a ovládací jednotka pro jeho řízení

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je technické řešení robota pro čištění a inspekci potrubí a ovládací jednotky pro jeho řízení.

Dosavadní stav techniky

Ventilační, klimatizační a odvětrávací potrubí trpí ulpíváním nečistot na stěnách, které mohou mít následně negativní zdravotní (např. bakterie typu legionela), požární (např. hořlavé nečistoty) či funkční (zmenšení průřezu) dopady na jejich užívání. Přítomnost nečistot nad určitou mez se řeší buď výměnou, nebo čištěním vnitřního povrchu potrubí. Malý průřez některých těchto potrubí činí manuální čištění v podstatě nemožným.

Existuje několik technologií, které usilují o robotické čištění potrubí (US 6 026 538). Jednou z nich je kartáčování vnitřního povrchu (US 5 528 789, CN 101069890).

US 6 026 538 navrhuje vířit usazené nečistoty proudem vzduchu nebo kartáčem, ale neřeší způsob, jak odstraňovat pevně přichycené nečistoty. Stejně tak US 5528789 navrhuje robota vybaveného kartáčem, který víří lehce usazené nečistoty. Jiný robot, který víří nečistoty kartáčem, je popisován v patentové přihlášce CN 101069890. Pro čištění v potrubí s vodou navrhuje patent číslo JP 2001096246 opět kartáčování. Pro pevně uchycené nečistoty, ztuhlé oleje, asfalty, či spečené nečistoty je kartáčování nevhodné.

Jiný způsob čištění pomocí mycích hlavic popisuje patent CN 1962091.

Jinou metodou čištění je otryskávání vnitřního povrchu. Vhodným se pro tyto účely jeví tryskání vodou, tryskání čistým vzduchem nebo tryskání suchým ledem. Tryskání vodou je pro většinu vzduchotechnických potrubí nepoužitelné, protože by vedlo k vyplavení pod potrubím umístěných prostor či technologických zařízení. Tryskání čistým vzduchem umožňuje odstranit pouze lehce usazené nečistoty. Tryskání suchým ledem je schopné odstraňovat nečistoty zatvrdlé, slepené a spečené. EP 1 054 752 navrhuje použít pro čištění kuchyňských odtahů tryskání suchým ledem, přičemž tryskaje umístěna na vozíku. Neřeší ve své patentové přihlášce jak takový vozík má vypadat.

Zvláště tryskání suchým ledem je velmi perspektivní technologie, protože umožňuje bez poškození potrubí a vnášení dalšího materiálu jako je písek, voda a podobně, rozrušovat nánosy nečistot typu zatvrdlé tuky, spečené oleje, asfalty a gumu.

Existuje řada technických řešení i patentů, které se snaží řešit konstrukci robotů, které se mohou pohybovat v potrubí pro rozvod stlačených plynů (US 5 878 783), pro rozvod kapalin (US 6 019 048) nebo v kanalizaci (US 6 101 951). US5878783 navrhuje robota, kterýje vhodný pro pohyb v potrubí o definovaném průměru a s velkými poloměry oblouků. US 6 019 048 navrhuje robota, který pracuje s jiným mechanismem rozpírání v potrubí, ale také použitelným jen v potrubí s velkými poloměry oblouků a dobře definovanými průměrem potrubí,

V patentu CN 1962091 jsou mycí hlavy umístěny na paralelogramu, kterýje pritlačován na stěny pružinou. Pohon robotu je vynucen silou danou odporem pružného pístu proti proudění okolní tekutiny.

Pro čištění v potrubí s vodou navrhuje patent číslo JP 2001096246 pohyb robota ve vodním prostředí za pomocí lodního šroubu.

-1 CZ 302170 B6

Většina existujících robotů pro pohyb ve vzduchotechnickém potrubí je schopna inspekce kamerovým systémem nebo nést lehká zařízení, např. rotující kartáče. US 6 101 951 pro pohyb v kanalizaci navrhuje gravitační typ robota (robot leží ve spodní části potrubí přítlačován ke stěně jen gravitací) stejně jako mnoho jeho konkurentů, protože kanalizace má definovaný, malý konstantní spád a pro většinu aplikací není třeba fixovat robota proti radiálním či tangenciálním silám rozpínáním.

US 5 113 885 a CN 1962091 navrhuje použít pro rozpírání v potrubí pružinu, která ale nezarulo čuje konstantní přítlak pro různé průměry potrubí.

US 7 210 364 a CN 1014365522 navrhují článkovaného robota, který je poháněn za pomoci pasivních koleček jedoucích po šroubovicových drahách. Nej různější překážky v potrubí znemožňují použít tento princip pohybu ve vzduchotechnickém potrubí. Tento způsob také není adaptovatelný pro potrubí obdélníkového průřezu. Jiného článkovaného robota navrhuje patent EP 105 418. Článkované roboty jsou vynuceny stísněnými prostory potrubí s malým průměrem, ventilační potrubí tento typ omezení neklade.

CN 101069890 navrhuje pro pohyb robotu použít magneticky příchycované kráčející nohy. Tato

2o metoda se ale špatně vyrovnává se zatáčkami potrubí a s odbočkami.

Vzduchotechnická potrubí se odlišují od potrubí pro vedení jiných médií jak kruhovým, tak i obdélníkovým průřezem, vzájemnými přechody mezi kruhovými a obdélníkovými průřezy, nízkou pevností stěny a velkým množstvím odboček. Jsou velkého průřezu, ale poloměr oblouků je v porovnání s průměrem velmi malý, standardně je poloměr osy oblouku roven průměru potrubí, ale běžně se vyskytují potrubí s poloměrem blízkým polovině průměru potrubí. Potrubí pro vzduchotechniku má množství oblouků a odboček na jednotku délky měřené v průměrech potrubí je velké ve srovnání s jinými typy potrubí. Robot musí být schopen projíždět oblouky s malým poloměrem zatáčky a míjet odbočky. Musí umět jezdit vodorovně, šikmo i svisle, nahoru čí dolu.

.io Robot pro čištění tryskáním suchým ledem musí být schopen vléci hadici dopravující suchý led se stlačeným vzduchem, která má velkou tuhost a měrnou hmotnost na jednotku délky. Hadice dopravující suchý led má běžně vnitřní průměr 3/4 až 1 při tlaku média 6 až 15 barů. Dalším požadavkem na robota je udržovat otočnou trysku aplikující čisticí médium v ose potrubí.

Existující řešení bud’ nejsou schopna vléci další úseky těžkých hadic, pracovat v potrubích o velkých a proměnlivých průměrem, projíždět oblouky a odbočky potrubí, nejsou schopna automaticky centrovat trysku ČÍ vzdorovat radiálním silám způsobeným proudícím médiem. Žádný systém nebyl schopen zajistit všechny tyto požadavky najednou, přičemž dílčí řešení těchto problémů si vzájemně odporovala.

Nevýhodou dosud známých řešení také je, že řízení většího počtu pohonných jednotek při průjezdu obloukem potrubí operátorem představuje problém, protože operátor není schopen řídit více parametrů v reálném čase. Druhý zdroj problémů je v prokluzování pásů, protože povrch potrubí je z hlediska koeficientu tření velmi různorodý a závislý na typu nečistot, kterými je potrubí zaneseno. Nečistoty jsou od gumovo/asfaltových nánosů s vysokým koeficientem tření až po oleje s nízkým třením.

Roboty, jejichž tělo je článkované a delší než je průměr potrubí US 7 210 364, EP 105 418), mohou využít prosmekávání jednotlivých kol či pásů, aniž by riskovaly vzpříčení. Pokud je délka so robota kratší nebo srovnatelná s průměrem potrubí, je nutné pečlivě řídit pohonné jednotky. Vlečení hadice přivádějící čisticí médium také vyžaduje, aby všechny pohonné jednotky maximálně využily třecí sílu pro vlečení.

-2CZ 302170 B6

Pásová vozidla se dvěma pásy jsou standardně řízena rozdílnou rychlostí pásů při zatáčení. Operátor většinou řídí přímo pásy. V případě většího počtu pásů, kde každý pás potřebuje jet jinou rychlostí, je takové řízení neproveditelné, protože operátor není schopen řídit více pásů najednou.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje robot pro čištění a inspekci potrubí a ovládací jednotka pro jeho řízení podle předkládaného řešení. Tento robot sestává z trupu, z trysky pro čisticí médium napojené na potrubí čisticího média, kde na čele trupu je umístěn světlomet a snímací kamera. Tryska čisticího média prochází osou trupu, k němuž jsou radiálně symetricky uchyceny minimálně tri pásové nebo kolové pohonné jednotky obsahující řídicí jednotku, elektrický motor a převod hnacích sil na pás nebo kola. Podstatou nového řešení je, že robot je vybaven synchronizačním mechanismem tvořeným uvnitř trupu umístěným přímočarým posuvným kloubem. Tento posuvný kloub sestává z vedení synchronizačního mechanismu, které je uchyceno k trupu a na němž je uložen vozík. Vozík je posuvný ve směru podélné osy trupu a jsou kněmu symetricky, přes identické mechanismy tvořící posuvné klouby, připojeny pohonné jednotky. Vozík je připojen k pohonu synchronizačního mechanismu, který je ovládán z ovládací jednotky robota operátorem prostřednictvím kabelu.

Ve výhodném provedení je pohon synchronizačního mechanismu tvořen pneumatickým pohonem. Tento pneumatický pohon může být v jednom provedení tvořen soustavou pneumatických válců, které jsou rovnoběžné s podélnou osou trupu a jsou k tomuto trupu připevněny. Jejich pístnice jsou připojeny k vozíku. Pneumatické válce jsou s výhodou připojeny k regulátoru tlaku vzduchu, který může být samostatně nebo může být umístěn v ovládací jednotce.

Jednou z možností jak vytvořit mechanismy tvořící posuvné klouby pro pohonné jednotky je, že k vozíku je připojeno přes první čep táhlo. Toto táhlo je dále spojeno druhým čepem s prvním ramenem, které je otočně uloženo na třetím čepu v domku, který je pevně spojen s trupem. Druhý konec prvn ího ramene je otočně připojen pomocí čtvrtého čepu k pohonné jednotce, ke které je také otočně připojen jeden konec druhého ramene. Druhý konec druhého ramene je otočně připojen k domku a tvoří tak s prvním ramenem paralelogram.

Velmi výhodné je, když rovina procházející osami druhého a třetího čepu a rovina procházející osami třetího a čtvrtého čepu jsou navzájem kolmé, protože pokud je táhlo dostatečně dlouhé neboje druhý čep uložen ve vozíku tak, aby se mohl pohybovat ve směru kolmém kose robota, normálová síla, kterou působí pohonná jednotka na stěnu potrubí, je pak přímo úměrná tlaku vzduchu v pneumatickém pohonu.

Dalším možným vylepšením je, jsou-li k pohonným jednotkám jedním koncem pevně připojeny prodlužovaci nástavce, jejichž druhý konec je otočně uchycen v prvním a druhém rameni. Takové nástavce umožní robotu pohyb v potrubí o větším průměru při zachování normálové síly pohonné jednotky na stěnu potrubí.

V případě hranatého potrubí jsou pohonné jednotky opatřeny adaptéry, jejichž jeden konec je pevně spojen s příslušnou pohonnou jednotkou a jejichž druhý konec je otočně uchycen v prvním a ve druhém rameni. Tyto adaptéry jsou zahrnuty v úhlu zaručujícím kolmou polohu příslušné pohonné jednotky k vnitřní stěně hranatého potrubí.

Další možnou variantou je, že v trupu je umístěn snímač polohy synchronizačního mechanismu, který je připevněn k tomuto trupu a k vozíku a je propojen s monitorem, který zobrazuje naměřenou hodnotu. Snímač polohy umožňuje zjistit, že robot vjíždí do potrubí s menším průměrem nebo do zatáčky, a především umožňuje detekovat situaci, kdy osa robota není rovnoběžná s sou potrubí.

-3CZ 302170 B6

Další možnou variantou je, že v trupu je umístěn sklonoměr, který je připevněn k tomuto trupu a je propojen s monitorem, který zobrazuje naměřené hodnoty. Sklonoměr umožňuje informovat obsluhu o orientaci robota v potrubí a usnadňuje tak operátorovi řízení robota.

Další možnou variantou je, že v trupu je umístěn gyroskop, který je připevněn k tomuto trupu a je propojen s monitorem, který zobrazuje naměřené hodnoty. Gyroskop informuje obsluhu o orientaci robota v potrubí a usnadňuje tak operátorovi řízení robota.

Ovládací jednotka je tvořena ústřední řídicí jednotkou.K prvnímu vstupu ústřední řídicí jednotky io je připojen výstup prvního ovládacího prvku pro nastavení požadovaného poloměru zatáčení robota v oblouku. Druhý vstup ústřední řídicí jednotky je propojen s druhým ovládacím prvkem pro nastavení požadovaného směru zatáčení robota v oblouku. Třetí vstup řídicí jednotky je propojen s třetím ovládacím prvkem pro nastavení rychlosti robota. Výstup ústřední řídicí jednotky je propojen se vstupy řídicích jednotek pohonných jednotek. Možnou variantou je, že výstup ústřední řídicí jednotky je se vstupy řídicích jednotek pohonných jednotek připojen přes modul řízení paměti, který je dále obousměrně propojen s pamětí typu zásobník.

Je výhodné propojit výstup z kamery v robotu na monitor přes modul otáčení obrazu, který je dále propojen s výstupem sklonoměru. Modul otáčení obrazu otáčí obraz tak, aby byl na monito20 ru správně zorientován vzhledem ke svislici bez ohledu na orientaci robotu a kamery v potrubí. Monitor dále zobrazuje informace z řídicích jednotek pohonných jednotek.

Navržené řešení představuje robotický systém, který je schopen projíždět vzduchotechnická a podobná potrubí, zvláště pak velkého průměru, projíždět oblouky, míjet odbočky. Robot je schopen projíždět vodorovná, šikmá i svislá potrubí. Robot je schopen vléci hadici o velké hmotnosti. Robot je vybaven kamerou a aplikátorem směsi. Směs může být stlačený vzduch, vysokotlaká voda a nebo proud částic suchého ledu v proudu stlačeného vzduchu. Konstrukce robota vystřeďuje tělo robota v potrubí. Takto vystředěný aplikátor dociluje nej lepších parametrů čištění.

Přehled obrázků na výkresech

Robot bude dále popsán pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je uveden robot v axonometrickém pohledu. Obr. 2 znázorňuje řez robotem a obr. 3 řez pohonnou jednotkou. Na obr. 4 je uveden čelní pohled na robot v potrubí. Obr. 5 je axonometrie robota s nástavci pro velké průměry potrubí. Na obr. 6 je čelní pohled na robot s nástavci pro obdélníkové potrubí. Na obr. 7 je schéma řízení robota.

Příklady provedení vynálezu

Robot pro čištění a inspekci potrubí podle předkládaného řešení, obr. I, 2, 4, sestává z trupu i, v němž je uloženo potrubí 18 čisticího média, na které je napojena tryska 19 pro čisticí médium.

Na čele trupu 1 je umístěn světlomet 36 a snímací kamera 35, jak je u těchto zařízení obvyklé. Potrubí J_8 čisticího média zde prochází osou trupu i, k němuž jsou radiálně symetricky uchyceny minimálně tri pásové nebo kolové pohonné jednotky 16. Robot lilie vybaven synchronizačním mechanismem tvořeným uvnitř trupu 1 umístěným přímočarým posuvným kloubem. Tento přímočarý posuvný kloub se skládá z vedení 3 synchronizačního mechanismu, ktereje uchyceno k trupu 1. Na vedení 3 je uložen vozík 9, který je posuvný ve směru podélné osy trupu 1. K vozíku 9 jsou symetricky přes identické mechanismy tvořící posuvné klouby připojeny pohonné jednotky 16. Vozík 9 je připojen k pohonu synchronizačního mechanismu, kteiý je řízen z ovládací jednotky 110 robota prostřednictvím kabelu 24. V uvedeném příkladě je jako pohon použit pneumatický pohon. Ten je zde tvořen soustavou pneumatických válců 5, které jsou rov55 noběžné s podélnou osou trupu 1_ a jsou k tomuto trupu 1 připevněny. Pístnice 6 pneumatických

-4 CZ 302170 Bó válců jsou připojeny k vozíku 9. Pneumatické válce 5 jsou v daném příkladě ještě připojeny k regulátoru 101 tlaku vzduchu.

Mechanismy tvořící posuvné klouby pro pohonné jednotky jó jsou v uvedeném příkladě vytvo5 řeny následujícím způsobem. K vozíku 9 je připojeno přes první čep 10 táhlo 11, které je dále spojeno druhým čepem 23 s prvním ramenem 14. První rameno 14 je otočně uloženo na třetím čepu 13, který je uložen v domku 17. Domek 17 je pevně spojen s trupem 1. Druhý konec prvního ramene 14 je otočně připojen pomocí čtvrtého čepu 4 k pohonné jednotce 16. K této pohonné jednotce je také otočně připojen jeden konec druhého ramene 15, jehož druhý konec je otočně i o připojen k domku Π a tvoří tak s prvním ramenem J4 paralelogram.

Je výhodné, je-li splněna podmínka, že rovina procházející osami druhého čepu 23 a třetího čepu 13 a rovina procházející osami třetího čepu J_3 a čtvrtého čepu 4 jsou navzájem kolmé. Pokud je táhlo 11 dostatečně dlouhé neboje druhý čep 23 uložen ve vozíku 9 tak, aby se mohl pohybovat ve směru kolmém kose trupu 1 robota, normálová síla, kterou působí pohonná jednotka 16 na stěnu potrubí 25, je přímo úměrná tlaku vzduchu v pneumatickém pohonu.

Navržený robot se pohybuje pomocí více samostatných pohonných jednotek 16 umístěným radiálně symetricky na trupu 1. Pohonné jednotky J_6 jsou pásové nebo kolové. Pohonné jednotky io 16, viz obr. 3, obsahují řídicí jednotku 28, elektrický motor 30 a převod 32 hnacích sil na pás nebo kola.

Pokud se jedná o synchronizační mechanismus, je to jeden společný mechanismus všech pohonných jednotek 16. Tvoří jej v uvedeném příkladě vedení 3, vozík 9, první čep 10, druhý čep 23 a snímač 27 polohy synchronizačního mechanismu, viz obr. 1 a 7. Synchronizační mechanismus zajišťuje synchronizaci vzájemné polohy pohonných jednotek J_6 vůči sobě. Z jedné strany je zde synchronizační mechanismus napojen na pístnice 6 pneumatických válců 5 a z druhé na pohonnou jednotku 16 přes první rameno ]_4 a druhé rameno 15 a přes třetí čep 13. Ze své podstaty synchronizační mechanismus zajišťuje, aby styčné plochy mezi pohonnými jednotkami 16 a čiš30 těným potrubím 25 ležely pro potrubí s kruhovým průřezem na válcové ploše bez ohledu na aktuální průměr potrubí.

Pohonné jednotky 16 jsou roztahovány synchronizačním mechanismem poháněným pneumatickým válcem 5. Pneumatický válec 5 je zde použit jako zdroj konstantní síly, protože je připojen na konstantní tlak vzduchu nastavovaný regulátorem 101, obr. 7. Regulátor 101 umožňuje nastavit tlak vzduchu tak, aby odpovídal požadované normálové složce síly mezi pohonnou jednotkou 16 a potrubím 25. Vzduch o nastaveném tlaku je přiváděn původním kabelem 24 přes konektor 20 na kabelu a konektor 22 na trupu L

Vozík 9, na který je přenášen pohyb pístnic 6 pneumatických válců 5, je veden pevnou částí vedení 3, která je pevně připevněna na trup 1. Na vozík 9 je připevněno táhlo H přes první čep j_0 a táhlo lije dále spoje druhým čepem 23 s prvním ramenem J_4. První rameno 14 je otočně uloženo na třetím čepu 13 v domku Π. Domek 17 je pevně spojen s trupem 1 robota. První rameno 14 je otočně připojeno k pohonné jednotce 16 čtvrtým čepem 4. Druhé rameno 15 je otočně připojeno k domku 17 a pohonné jednotce 16. První rameno 14 a druhé rameno 15 tvoří paralelogram, který zajišťuje rovnoběžnost osy trupu 1 a pohonné jednotky 16.

Pohon je v uvedeném příkladě tvořen soustavou pneumatických válců 5, které obklopují centrální prostor pro vedení médií. Pohon může být také realizován jedním pneumatickým válcem s přstni50 cí se souosým otvorem, kterým prochází potrubí J_8 pro čisticí médium.

Vedení 3 a vozík 9 eliminují nesymetrii sil zjednotíivých pístnic 6 pri působení na vozík 9 a nesymetrie sil působících od jednotlivých pohonných jednotek 16.

- 5 CZ 302170 B6

Pravý úhel mezi rovinou procházející osou druhého čepu 23 a třetího čepu 13 a rovinou procházející osou třetího čepu 13 a osou čtvrtého čepu 4 ve spojení s dostatečně dlouhým táhlem 11 zajišťuje, aby normálová síla mezí pohonnou jednotkou 16 a čištěným potrubím 25 byla téměř přímo úměrná tlaku vzduchu v pneumatických válcích 5.

Pro velké průměry potrubí 25 je možné paralelogramy dále nastavit prodlužovacími nástavci 37, obr. 5, které vzdálí pohonné jednotky 16 od trupu 1 robota 111. Takové nástavce umožní robotu 111 pohyb v potrubí 25 o větším průměru při zachování normálové síly pohonné jednotky j_6 na stěnu potrubí 25.

Pro obdélníková potrubí 29 je možné pohonné jednotky 16 připojit přes adaptéry 31, obr. 6, které natočí pohonné jednotky 16 kolmo k povrchu potrubí 29. Jejich rozměry umožňují přizpůsobit se rozměru potrubí 29. Tyto adaptéry 31 jsou zahnuty v úhlu zaručujícím kolmou polohu příslušné pohonné jednotky 16 k vnitřní stěně hranatého potrubí 29.

Byla vytvořena speciální ovládací jednotka pro řízení robota. Tato ovládací jednotka 110 je tvořena ústřední řídicí jednotkou 104. První vstup ústřední řídicí jednotky 104 je propojen s prvním ovládacím prvkem 102 pro nastavení požadovaného poloměru zatáčení robota 111 v oblouku. K druhému vstupu ústřední řídicí jednotky 104 je připojen výstup druhého ovládacího prvku 103 pro nastavení požadovaného směru zatáčení robota 111 v oblouku. Třetí vstup ústřední řídicí jednotky 104 je propojen s třetím ovládacím prvkem 108, který nastavuje rychlost pohybu robota v potrubí. Dále je v uvedeném příkladě ústřední řídicí jednotka 104 propojena s modulem 112 řízení paměti. Modul 112 řízení paměti je propojen se zásobníkovou pamětí 107 a jeho výstup je připojen na vstupy řídicích jednotek 28 pohonných jednotek 16. Toto propojení umožňuje auto25 matický zpětný chod robota 111, pokud tuto funkci robot mít nebude, pak jsou modul 112 řízení paměti a zásobníková paměť 107 vynechány a ústřední řídící jednotka 104 je spojena s řídicími jednotkami 28 pohonných jednotek 16 přímo. Na monitor 105 v ovládací jednotce 110 jsou v daném příkladě připojeny výstupy gyroskopu 12, sklonoměru 26, snímače 27 polohy synchronizačního mechanismu a řídicích jednotek 28. Kamera 35 je připojena na monitor 105 přes modul otáčení obrazu 113. do kterého je připojen také výstup sklonoměru 26. Je výhodné, když součásti ovládací jednotky 110 ie i regulátor 101 pro nastavení tlaku vzduchu v pohonu synchronizačního mechanismu.

Synchronizační mechanismus má základní polohu, kdy všechny pohonné jednotky 16 jsou maxi55 mátne přiblíženy k trupu i robota 111. Základní poloha robota ί 11 umožňuje jeho snadné vkládání do potrubí 25. Po vložení se nastaví do pneumatických válců 5 synchronizačního mechanismu vhodný tlak vzduchu, a to způsobí automatické vy středění robota 111 v potrubí 25. Robot 111 je tak připraven k inspekci či čištění.

4o Robot 111 je spojen kabelem 24 s ovládací jednotkou 110. Kabel 24 přivádí elektrické napájení a tlakový vzduch do pneumatických válců 5 robota 111 a zprostředkovává komunikaci mezi ovládací jednotkou 110 a robotem 111.

Tlak vzduchu v pneumatických válcích 5 synchronizačního mechanismu a tím i síla přítlaku pohonné jednotky 16 na stěnu potrubí 25 se řídí regulátorem tlaku 101 ovládací jednotky 110.

Navržený systém pro řízení využívá určení směru, kterým leží rovina procházející osou čištěného potrubí 25 a zadání poloměru zatáčení obr. 7. Směs roviny oblouku, tedy požadovaný směr zatáčení robota 11 I v oblouku, nastavuje operátor na základě obrazu z kamery 35 druhým ovládacím prvkem 103. Tato informace je vedena do ústřední řídicí jednotky 104, která na jejím základě řídí jednotlivé řídicí jednotky 28 pohonných jednotek 16. Směr roviny oblouku se zároveň zobrazuje na monitoru 105. Poloměr oblouku, tedy požadovaný poloměr zatáčení robota 111 v oblouku, se nastavuje prvním ovládacím prvkem 102. Informace předávaná ústřední řídicí jednotce 104 o tom, jaký poloměr se má nastavit, se čerpá z výkresu projížděného potrubí 25, z přímého pohledu na toto potrubí 25, které je Často v průmyslu viditelné, nebo z obrazu v kameře 35. Podle zpětné

-6CZ 302170 B6 vazby od obrazu kamery 35 může operátor interaktivně opravovat rovinu zatáčení a poloměr zatáčky. Požadovaná rychlost pohybu robota 111 v potrubí 25 se nastavuje třetím ovládacím prvkem 108.

Pokyny pro řízení jsou tedy zadávány operátorem pomocí uvedených tří ovládacích prvků a zobrazovány do živého obrazu na monitoru 105 tak, že směr roviny oblouku se zobrazí v obraze jako šipka. Operátor má tak možnost velmi jemně nastavit a zkontrolovat směr, kterým bude robot 111 zatáčet, a průběžně kontrolovat, zda robot 111 sleduje požadovanou trajektorii.

Vztah mezi vstupy a výstupy ústřední řídicí jednotky 104 je následující. Pro každou řídicí jednotku 27 se vypočte úhel mezi vektorem směřujícím dovnitř oblouku, který je zadán ovládacím prvkem 103, a vektorem kolmým k ose potrubí 25 směřujícím do příslušné pohonné jednotky 16, tento úhel se označí A. Poloměr oblouku měřený v násobcích průměru potrubí 25 jako bezrozměrné číslo zadávaný ovládacím prvkem 102 se označí R. Rychlost pohybu robotu 111 v potrubí 25 zadávaná třetím ovládacím prvkem 108 se označí V. Výstup ústřední řídicí jednotky 104 pro příslušnou řídicí jednotku 28 pohonné jednotky 16 se pak spočítá podle vzorce (R-cos(A)/2)/(R+1/2)*V.

Řídicí jednotky 28 pohonných jednotek 16 posílají informace o ujeté vzdálenosti do monitoru 105, který naměřené hodnoty zobrazuje.

Kamera 35 snímá obraz potrubí 25 před robotem 111 a obraz je veden do modulu otočení obrazu 113, na jehož druhý vstup je vedena informace ze sklonoměru 26. která určuje, o kolik se má obraz otočit. Otočený obraz je z modulu otočení obrazu 113 veden do monitoru 105. Obraz z kamery 35 se na monitoru 105 zobrazuje otočený kolem středu obrazu tak, aby se svislá rovina procházející optickou osou kamery 35 zobrazila do přímky, která svisle prochází středem obrazu na monitoru 105. Obraz otáčí modul otočení obrazu 113 na základě informací ze sklonoměru 26. Obraz na monitoruje tak vždy zobrazen v orientaci přirozené pro operátora, tedy dole v obraze je dole ve snímané scéně a nahoře v obrážeje nahoře ve snímané scéně. Toto napomáhá obsluze ve snadnější orientaci v obraze. Na monitoru 105 se dále okolo obrazu z kamery 35 zobrazují informace o aktuálních polohách pohonných jednotek 16 vzhledem k obrazu. Do monitoru jsou dále vedeny informace ze sklonoměru 26, gyroskopu 12 a snímače 27 polohy synchronizačního mechanismu, tedy vysunutí pneumatických válců 5.

Ovládací jednotka 110 uchovává v zásobníkové paměti 107 informace o jízdě vpřed a používá tyto informace pro jízdu vzad, a to buď v automatickém režimu, kdy záznam řízení je aplikován pozpátku, nebo v poloautomatickém režimu, kdy robot zastaví například před obloukem a nabídne operátorovi parametry zatáčení. Protože je použita zásobníková paměť 107 parametrů pohybu, je počáteční část dráhy ze zásobníkové paměti 107 vyvolána naposled a naopak, poslední úsek před návratem je vyvolán jako první. Modul 112 řízení paměti posílá do řídicích jednotek 28 pokyny buď přímo z ústřední řídicí jednotky 104, nebo ze zásobníkové paměti 107 v závislosti na operátorem vybraném režimu.

Průmyslová využitelnost

Navržený robot je možné využít pro pohyb a práce v potrubích větších průměrů, jako jsou vzduchotechnická potrubí, odtahová potrubí, kanalizační potrubí, komíny a podobně, a to zejména tam, kde je třeba vléci těžké břemeno, případně pohybovat se směrem šikmým či svislým. Navržený robot je v potrubí staticky určen bez využití gravitace. Robot může dopravovat užitečnou zátěž, hadice či kabely, zraněné osoby a podobně. Práce, které může konat jsou zejména práce, které vyžadují fixování robota v potrubí jako jsou broušení, vrtání, ofukování, otryskávání, oplachování a podobně.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY
2. Robot podle nároku !, vyznačující se tím, že pohon synchronizačního mechanismu je pneumatický pohon.
3. Robot podle nároku 2, vyznačující se tím, že pneumatický pohon je tvořen soustavou pneumatických válců (5), které jsou rovnoběžné s podélnou osou trupu (1) ajsou k tomuto trupu (I) připevněny ajejich pístnice (6) jsou připojeny k vozíku (9).

25
4. Robot podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že pneumatické válce (5) jsou připojeny k regulátoru (101) tlaku vzduchu.
5. Robot podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že mechanismy tvořící posuvné klouby pro pohonné jednotky (16) jsou tvořeny tak. že k vozíku (9) je připojeno přes první Čep

3o (10) táhlo (t l), které je dále spojeno druhým čepem (23) s prvním ramenem (14), které je otočně uloženo na třetím čepu (13) v domku (17), který je pevně spojen s trupem (I), druhý konec prvního ramene (14) je otočně připojen pomocí čtvrtého čepu (4) k pohonné jednotce (16), ke které je také otočně připojen jeden konec druhého ramene (15), jehož druhý konec je otočně připojen k domku (17) a tvoří tak s prvním ramenem (14) paralelogram.

5 1. Robot pro čištění a inspekci potrubí sestávající z trupu (1), z trysky (19) pro čisticí médium napojené na potrubí (18) čisticího média, kde na Čele trupu (1) je umístěn světlomet (36) a snímací kamera (35), potrubí (18) čistícího média prochází osou trupu (I), k němuž jsou radiálně symetricky uchyceny minimálně tři pásové nebo kolové pohonné jednotky (16) obsahují řídicí jednotku (28), elektrický motor (30) a převod (32) hnacích sil na pás nebo kola, a kde tento robot io je propojen s ovládací jednotkou tvořenou ústřední řídicí jednotkou a monitorem, vyznačující se tím, že robot (lll)jc vybaven synchronizačním mechanismem tvořeným uvnitř trupu (1) umístěným přímočarým posuvným kloubem, sestávajícím zvědění (3) synchronizačního mechanismu, kterc je uchyceno k trupu (1) a na němž je uložen vozík (9) posuvný ve směru podélné osy trupu (1) a k tomuto vozíku (9) jsou symetricky přes identické mechanismy tvořící

15 posuvné klouby připojeny pohonné jednotky (16), přičemž vozík (9) je připojen k pohonu synchronizačního mechanismu.
6. Robot podle nároku 5, vyznačující se tím, že rovina procházející osami druhého čepu (23) a třetího čepu (13) a rovina procházející osami třetího čepu (13) a čtvrtého čepu (4) jsou navzájem kolmé.

4u
7. Robot podle kteréhokoli z nároků lažó, vyznačující se tím, žek pohonným jednotkám (16) jsou jedním koncem pevně připojeny prodlužovací nástavce (37), jejichž druhý konec je otočně uchycen v prvním rameni (14) a ve druhém rameni (15).
- 8 CZ 302170 Β6

8. Robot podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že v případě hrana45 tého potrubí (29) jsou pohonné jednotky (16) opatřeny adaptéry (31), jejichž jeden konec je pevně spojen s příslušnou pohonnou jednotkou (16) a jejichž druhý konec je otočně uchycen v prvním rameni (14) a ve druhém rameni (15), přičemž tyto adaptéry jsou zahnuty v úhlu zaručujícím kolmou polohu příslušné pohonné jednotky (16) k vnitřní stěně hranatého potrubí (29).

50
9. Robot podle kteréhokoli z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že v trupu (1) je umístěn snímač (27) polohy synchronizačního mechanismu, který je připevněn k tomuto trupu (1) a k vozíku (9) aje propojen s monitorem (105), a/nebo sklonoměr (26), a/nebo gyroskop (12), které jsou rovněž připevněny k tomuto trupu (1) a dále jsou propojeny s monitorem (105).
10. Ovládací jednotka pro řízení robota podle nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že je tvořena ústřední řídicí jednotkou (104), jejíž výstup je propojen s řídicími jednotkami (28) pohonných jednotek (16), první vstup ústřední řídicí jednotky (104) je propojen s prvním ovládacím prvkem (102) pro nastavení požadovaného poloměru zatáčení robota (111) v oblouku, druhý vstup je připojen na výstup druhého ovládacího prvku (103) pro nastavení požadovaného směru zatáčení robota (111) v oblouku, třetí vstup je připojen na výstup třetího ovládacího prvku (108) řídícího rychlost pohybu robota v potrubí, kde pro výstupní signál ústřední řídicí jednotky (104) platí vztah ((R-cos(A)/2)/(R+l/2))*V, kde R je poloměr oblouku měřený v násobcích průměru potrubí (25)jako bezrozměrné číslo zadávaný prvním ovládacím prvkem (102), Aje úhel mezi vektorem směřujícím dovnitř oblouku zadaný druhým ovládacím prvkem (103) a vektorem kolmým k ose potrubí (25) procházejícím příslušnou pohonnou jednotkou (16) a V je rychlost pohybu robota (11) v potrubí (25) zadávaná třetím ovládacím prvkem (108).
11. Ovládací jednotka podle nároku 10, vyznačující se tím, že ústřední jednotka (104) je propojena s řídicími jednotkami (28) pohonných jednotek (16) přes modul řízení paměti (112), který je dále propojen se zásobníkovou pamětí (107).
12. Ovládací jednotka podle nároku 10 nebo 11, vyznačující se tím, že obrazový výstup z kamery (35) je spojen s monitorem (105) pres modul otáčení obrazu (113), který je dále spojen s výstupem sklonoměru (26).