CN109611640A - 管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，具体的说是一种管道机器人，包括支架单元和行走单元，其特征在于所述支架单元包括正三棱柱状主体支架、连接支架和底部支架，所述行走单元包括三个以正三棱柱状主体支架中轴线为中心沿圆周方向均匀间隔分布的三组履带轮，所述履带轮安装于底部支架，三棱柱主体支架经连接支架与底部支架相连接，连接支架一端与三棱柱主体支架相铰接，三棱柱主体支架另一端与底部支架相铰接，连接支架与主体支架之间设有电动推杆，电动推杆一端与主体支架相铰接，电动推杆另一端与连接支架中部相铰接，具有提供一种管道适应能力强、三个履带轮可独立伸缩等优点。

Description

管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体的说是一种管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下， 进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛的应用，为了提高管道寿命、防止泄露等事故的发生，必须对管道进行有效的检测维护。在人工检测方式存在诸多缺点的情况下，管道检测机器人作为一种有效的管道检测设备，得到了越来越多的应用。

外形沿径向均匀分布着三组履带运动机构，为支撑式履带管道机器人，与市面上轮式，蠕动式，螺旋驱动式均有所不同。履带式管道机器人，由于履带与管道内壁间的接触面积大、附着能力强，因此具有很强的越障性能和拖缆能力，但其结构较为复杂，不易于小型化。支撑式管道机器人：主要用于竖直管道和大角度弯管中，该方式一般与其它的移动方式结合，如：支撑式和轮式结合，支撑式和履带式结合。

中国专利专利号CN201721092510.1，专利名称管道机器人，公开了一种管道机器人，它包括主体，所述主体采用三块侧挡板和两端的端板拼装成三棱柱框架结构；所述主体的三个侧面分别安装有用于张紧的连杆机构；所述连杆机构上安装有用于行走的履带轮。方便检测人员对有辐射性的管道进行检测。所述连杆机构包括铰链支座，所述铰链支座固定安装在三棱柱框架结构内部的两端板之间，所述铰链支座之间安装有弹簧轴，所述弹簧轴上套装有两个滑块，所述滑块之间的弹簧轴上套装有压缩弹簧，所述滑块上铰接有长连杆，所述长连杆和铰链支座之间通过短连杆铰接。所述履带轮包括履带轮支撑座，所述履带轮支撑座的两端安装有滑轮轴，所述滑轮轴的两端安装有滑轮，所述滑轮之间安装有履带，其中一个滑轮轴通过锥齿轮组与动力装置相连。所述滑轮轴通过轴承安装在履带轮支撑座上。所述动力装置包括直流电机，所述直流电机的输出轴与减速箱相连，所述减速箱的输出轴与锥齿轮组相连，所述主体的端板上安装有摄像头。虽然该实用新型此管道机器人具有三组履带轮，且每组履带轮由独立的电机控制，但是，其压缩弹簧的伸缩可允许连杆结构折叠，使得履带轮在其管道的内壁直径的轻微变化的情况下进行自身调整。但是，一旦遇到管道内有障碍物时，无法通过自身主动调整通过，管壁适应能力非常弱；此外，该管道机器人直径变化小，只能检测单一直径的管道，实用性差，特别在检测大型管道时，只能够将扩大履带轮直径或者框架直径，导致机器非常笨重，运输、使用均不方便，此外，此机器人只设有摄像头，来进行图像预处理，获得边缘信息，对管道内部的信息获取及控制十分有限。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明旨在提供一种管道适应能力强、三个履带轮可独立伸缩的管道机器人。

为了实现上述功能，本发明将采用以下技术方案：

一种管道机器人，包括支架单元和行走单元，其特征在于所述支架单元包括正三棱柱状主体支架、连接支架和底部支架，所述行走单元包括三个以正三棱柱状主体支架中轴线为中心沿圆周方向均匀间隔分布的三组履带轮，相互间隔角度为120度，所述履带轮安装于底部支架，三棱柱主体支架经连接支架与底部支架相连接，连接支架一端与三棱柱主体支架相铰接，三棱柱主体支架另一端与底部支架相铰接，连接支架与主体支架之间设有电动推杆，电动推杆一端与主体支架相铰接，电动推杆另一端与连接支架中部相铰接。

本发明所述正三棱柱状主体支架包括三个侧棱柱和侧棱两端的三角形连接架，三角形连接架三个顶点分别与三个侧棱柱端点相连接，

主体支架中部设有三角形加强钢结构，三角形加强钢结构顶点分别与侧棱柱固定连接。

本发明所述连接支架包括两组呈方形设置的分支架，所述分支架均包括两个平行设置的支撑杆，两个支撑杆之间设有加强钢结构，两个支撑杆端部分别与三棱柱状本体侧棱柱相铰接，其中一个分支架上设有与推杆相连接的连接柱，两个分支架使其具有两个自由度，使履带部分与三棱柱本体之间本体可以平移运动。

本发明所述底部支架包括长方体支架，所述长方体支架下端设有承重轮安装架，以便与安装承重轮。

本发明所述履带轮包括前同步带轮、后同步带轮、同步带轮安装轴承、驱动电机、传动轮、传动带、承重轮和履带，其中，传动轮与后同步带轮经传动带相连接，前同步带轮和后同步带轮设有履带，底部支架底部前、后两端的棱柱上分别设有同步带轮安装轴承，同步带轮安装轴承内圈分别与底部支架底部前、后两端的棱柱固定连接，同步带轮安装轴承外圈分别与前同步带轮和后同步带轮固定连接，运动时同步带轮不与管壁接触，承重轮安装支架上安装有承重轮，上层履带经其下方的履带支撑杆支撑，同步带轮安装轴承左、右两端分别设有轴承止动环，使轴承紧贴同步带轮同时定位同步带轮，保持两轮平行度。

本发明所述同步带轮均为铝合金同步带轮，轴距540mm，节圆直径134mm，XH齿形，19齿，轮宽102mm，挡边直径150mm，在外圈与内轴面间15mm处采用减重镂空设计，轮轴为直径12mm光轴，轴距540mm。

本发明所述承重轮每组共6只，直径38mm，位于底部支架中心，低于同步带轮顶端92mm。

本发明所述履带采用聚氨酯材质，长度约1306mm，宽度101.6mm，齿形XH，68齿，传动平稳，耐受力强。

本发明所述正三棱柱状主体支架前端设有红外线传感器、摄像头，正三棱柱状主体支架与连接支架之间设有触觉传感器，触觉传感器一般为压力传感器，压力传感器以支撑架与本体的弧度压力作为检测依据，激光测距传感器位于红外激光雷达后部延伸支架上，摄像头置于延伸支架正上方 。

本发明设有控制系统，所述控制系统包括激光测距传感器、红外传感器、摄像机、plc控制器、控制板、无线传输单元、触觉传感器、推杆控制电机、履带驱动电机，其中，激光测距传感器、红外传感器、摄像机和触觉传感器与管道机器人控制板相连接，其中，激光测距传感器与红外传感器用来测量距离信息及管内壁信息，CCD摄像机用于捕获与处理图像，触觉传感器用以辅助、防止与弯道碰撞，进而构成模糊神经网络；管道机器人控制板与PLC控制器先连接，PLC控制器与推杆控制电机、履带驱动电机相连接。

本发明所述电动推杆包括驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关。

本发明所述正三棱柱状主体支架只有包括三个侧棱柱和侧棱两端的三角形连接架，且机器在行进过程及动作的变换都不会进入主体支架内部，因此，主体支架内可以根据需要设置多种传感器、控制单元、电池等等，适用性强；径向均匀分布的三个履带轮都有各自电机驱动，可以独立控制履带速度的快慢和转停，差速运行，提升机器人负载能力，使机器人能完成更加复杂的运动，当需要改变方向时，一侧履带速度减小或停止，另外两侧履带加速转动，从而实现方向的转变；每组履带轮均采用独立的伸缩推杆独立控制调整机器人外形及姿态，三个履带轮可独立伸缩、保证了机器人的管内适应性与运动能力，同时加强机器人的结构强度，此外，本发明设有由激光测距传感器、红外传感器、摄像机、触觉传感器构成的模糊神经网络，可以十分清楚的了解管道内部的情况。由于采用上述结构，本发明管内适应性与运动能力强、三个履带轮可独立伸缩、可搭载空间大、管道内部情况可观察性强等优点。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为图1的左视图。

图3为图1的俯视图。

图4为本发明的立体图。

图5为支架单元的结构示意图。

图6为主体支架的结构示意图。

图7为连接支架与电动推杆之间连接的结构示意图。

图8为底部支架的结构示意图。

图9为控制系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明：

如图所示，一种管道机器人，包括支架单元和行走单元，其特征在于所述支架单元包括正三棱柱状主体支架1、连接支架2和底部支架3，所述行走单元包括三个以正三棱柱状主体支架中轴线为中心沿圆周方向均匀间隔分布的三组履带轮4，相互间隔角度为120度，所述履带轮安装于底部支架3，三棱柱主体支架经连接支架与底部支架相连接，连接支架一端与三棱柱主体支架相铰接，三棱柱主体支架另一端与底部支架相铰接，连接支架与主体支架之间设有电动推杆5，电动推杆包括驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关，电动推杆5一端与主体支架1相铰接，电动推杆5另一端与连接支架2中部相铰接。其中，本发明所述履带轮包括前同步带轮6、后同步带轮7、同步带轮安装轴承、驱动电机8、传动轮9、传动带10、承重轮11和履带12，其中，同步带轮均为铝合金同步带轮，轴距540mm，节圆直径134mm，XH齿形，19齿，轮宽102mm，挡边直径150mm，在外圈与内轴面间15mm处采用减重镂空设计，轮轴为直径12mm光轴，轴距540mm。承重轮每组共6只，直径38mm，位于底部支架中心，低于同步带轮顶端92mm。履带采用聚氨酯材质，长度约1306mm，宽度101.6mm，齿形XH，68齿，传动平稳，耐受力强，传动轮与后同步带轮经传动带相连接，前同步带轮和后同步带轮设有履带，底部支架底部前、后两端的棱柱上分别设有同步带轮安装轴承，同步带轮安装轴承内圈分别与底部支架底部前、后两端的棱柱固定连接，同步带轮安装轴承外圈分别与前同步带轮和后同步带轮固定连接，运动时同步带轮不与管壁接触，承重轮安装支架上安装有承重轮，同步带轮安装轴承左、右两端分别设有轴承止动环，使轴承紧贴同步带轮，同时定位同步带轮，保持两轮平行度。所述正三棱柱状主体支架包括三个侧棱柱13和侧棱两端的三角形连接架14，三角形连接架三个顶点分别与三个侧棱柱端点相连接，主体支架中部设有三角形加强钢结构15，三角形加强钢结构顶点分别与侧棱柱固定连接，由于本发明机器在行进过程及动作的变换都不会进入主体支架内部，因此，主体支架内可以根据需要设置多种传感器、控制单元、电池等等，搭载能力强。正三棱柱状主体支架前端设有红外线传感器、摄像头，正三棱柱状主体支架与连接支架之间设有触觉传感器，触觉传感器一般为压力传感器，压力传感器以支撑架与本体的弧度压力作为检测依据，激光测距传感器位于红外激光雷达后部延伸支架上，摄像头置于延伸支架正上方，所述连接支架包括两组呈方形设置的分支架16，所述分支架均包括两个平行设置的支撑杆，两个支撑杆之间设有加强钢结构，两个支撑杆端部分别与三棱柱状本体侧棱柱相铰接，其中一个分支架上设有与推杆相连接的连接柱17，两个分支架使其具有两个自由度，使履带部分与三棱柱本体之间本体可以平移运动。所述底部支架包括长方体支架18，所述长方体支架下端设有承重轮安装架19，以便与安装承重轮。

本发明设有控制系统，所述控制系统包括激光测距传感器、红外传感器、摄像机、PLC控制器、控制板、无线传输单元、触觉传感器、推杆控制电机、履带驱动电机，其中，激光测距传感器、红外传感器、摄像机和触觉传感器与管道机器人控制板相连接，其中，激光测距传感器与红外传感器用来测量距离信息及管内壁信息，CCD摄像机用于捕获与处理图像，触觉传感器用以辅助、防止与弯道碰撞，进而构成模糊神经网络；管道机器人控制板与PLC控制器先连接，PLC控制器与推杆控制电机、履带驱动电机相连接。

本发明所述正三棱柱状主体支架只有包括三个侧棱柱和侧棱两端的三角形连接架，且机器在行进过程及动作的变换都不会进入主体支架内部，因此，主体支架内可以根据需要设置多种传感器、控制单元、电池等等，搭载能力强；径向均匀分布的三个履带轮都有各自电机驱动，可以独立控制履带速度的快慢和转停，差速运行，提升机器人负载能力，使机器人能完成更加复杂的运动，当需要改变方向时，一侧履带速度减小或停止，另外两侧履带加速转动，从而实现方向的转变；每组履带轮均采用独立的伸缩推杆独立控制调整机器人外形及姿态，三个履带轮可独立伸缩、保证了机器人的管内适应性与运动能力，同时加强机器人的结构强度，此外，本发明设有由激光测距传感器、红外传感器、摄像机、触觉传感器构成的模糊神经网络，可以十分清楚的了解管道内部的情况。由于采用上述结构，本发明管内适应性与运动能力强、三个履带轮可独立伸缩、可搭载空间大、管道内部情况可观察性强等优点。

Claims (7)

1.一种管道机器人，包括支架单元和行走单元，其特征在于所述支架单元包括正三棱柱状主体支架、连接支架和底部支架，所述行走单元包括三个以正三棱柱状主体支架中轴线为中心沿圆周方向均匀间隔分布的三组履带轮，所述履带轮安装于底部支架，三棱柱主体支架经连接支架与底部支架相连接，连接支架一端与三棱柱主体支架相铰接，三棱柱主体支架另一端与底部支架相铰接，连接支架与主体支架之间设有电动推杆，电动推杆一端与主体支架相铰接，电动推杆另一端与连接支架中部相铰接。

2.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于正三棱柱状主体支架包括三个侧棱柱和侧棱两端的三角形连接架，三角形连接架三个顶点分别与三个侧棱柱端点相连接，主体支架中部设有三角形加强钢结构，三角形加强钢结构顶点分别与侧棱柱固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于连接支架包括两组呈方形设置的分支架，所述分支架均包括两个平行设置的支撑杆，两个支撑杆之间设有加强钢结构，两个支撑杆端部分别与三棱柱状本体侧棱柱相铰接，其中一个分支架上设有与推杆相连接的连接柱。

4.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于底部支架包括长方体支架，所述长方体支架下端设有承重轮安装架。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种管道机器人，其特征在于履带轮包括前同步带轮、后同步带轮、同步带轮安装轴承、驱动电机、传动轮、传动带、承重轮和履带，其中，传动轮与后同步带轮经传动带相连接，前同步带轮和后同步带轮设有履带，底部支架底部前、后两端的棱柱上分别设有同步带轮安装轴承，同步带轮安装轴承内圈分别与底部支架底部前、后两端的棱柱固定连接，同步带轮安装轴承外圈分别与前同步带轮和后同步带轮固定连接，承重轮安装支架上安装有承重轮，同步带轮安装轴承左、右两端分别设有轴承止动环。

6.根据权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于正三棱柱状主体支架前端设有红外线传感器、摄像头，正三棱柱状主体支架与连接支架之间设有触觉传感器，压力传感器以支撑架与本体的弧度压力作为检测依据，激光测距传感器位于红外激光雷达后部延伸支架上，摄像头置于延伸支架正上方。

7.根据权利要求6所述的一种管道机器人，其特征在于设有控制系统，本发明设有控制系统，所述控制系统包括激光测距传感器、红外传感器、摄像机、PLC控制器、控制板、无线传输单元、触觉传感器、推杆控制电机、履带驱动电机，其中，激光测距传感器、红外传感器、摄像机和触觉传感器与管道机器人控制板相连接，管道机器人控制板与PLC控制器先连接，PLC控制器与推杆控制电机、履带驱动电机相连接。