CN110539817B - 一种蠕动爬行式管道外检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蠕动爬行式管道外检测机器人，具体涉及管道监测设备领域。一种蠕动爬行式管道外检测机器人，包括：圆弧轨道，其竖直设置；两个所述圆弧外轨道，其分别同轴设置在所述圆弧轨道的两侧，并分别与所述圆弧轨道的两侧滑动连接；第一驱动装置，其设置在所述圆弧轨道上，并与所述圆弧轨道传动连接，所述第一驱动装置驱动所述圆弧轨道沿所述圆弧外轨道的周向滑动；检测装置，其设置在所述圆弧轨道上，所述检测装置用于对管道外进行检测。本发明所述的机器人具有检测精度高、检测速度快和检测效率高等优点。

Description

一种蠕动爬行式管道外检测机器人

技术领域

本发明涉及管道监测设备领域，尤其涉及一种蠕动爬行式管道外检测机器人。

背景技术

目前，世界上有超过100万公里的油气干线管道投入使用，并且这个数字还在不断地增长，随着管线的增多，服役的时间的增长，由于腐蚀、压力以及其他因素的影响，可能存在较大的安全隐患。

管道外部损伤是造成管道泄漏、威胁安全的主要问题之一。管道外检测的方法多需要人工沿线巡检，人工巡检具有成本高、劳动强度大和效率低问题，且有许多管道穿越隧道，由于隧道跨度长，随着使用时间的增长，隧道内部可能注满水，这使得巡查工人无法对隧道内的管道进行人工巡查。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种蠕动爬行式管道外检测机器人。

本发明提供一种蠕动爬行式管道外检测机器人，包括：

圆弧轨道，其竖直设置；

两个所述圆弧外轨道，其分别同轴设置在所述圆弧轨道的两侧，并分别与所述圆弧轨道的两侧滑动连接；

第一驱动装置，其设置在所述圆弧轨道上，并与所述圆弧轨道传动连接，所述第一驱动装置驱动所述圆弧轨道沿所述圆弧外轨道的周向滑动；

检测装置，其设置在所述圆弧轨道上，所述检测装置用于对管道外进行检测；

两个行走系统，其对称设置在所述圆弧轨道的两侧，并分别与两个所述圆弧外轨道固定连接，两个所述行走系统用以共同驱动所述圆弧轨道沿管道的轴向行走。

进一步地，所述圆弧轨道包括轨道本体和两个圆弧滑轨，所以轨道本体为竖直设置的圆弧结构，两个所述圆弧滑轨分别同轴固定在所述轨道本体的两侧，且其上的槽口均朝远离所述轨道本体的方向设置，所述圆弧滑轨的上端和下端沿其周向分别均匀间隔的设有多个第一滑轮和第二滑轮，所述第一滑轮的下端以及所述第二滑轮的上端均伸入所述圆弧滑轨的槽口内，两个所述圆弧外轨道分别对应的同轴设置在两个所述圆弧滑轨的一侧，其上端和下端均设有第一滑槽，位于所述圆弧外轨道上端的所述第一滑槽的一侧嵌入多个所述第一滑轮内，位于所述圆弧外轨道下端的所述第一滑槽的一侧嵌入多个所述第二滑轮内，多个所述第一滑轮和多个所述第二滑轮可沿对应的所述第一滑槽滑动，所述检测装置和所述第一驱动装置均设置在所述轨道本体上，所述第一驱动装置与两个所述圆弧滑轨传动连接。

进一步地，第一驱动装置包括与两个所述圆弧滑轨对应设置的伺服电机和直角减速器，两个所述伺服电机沿所述轨道本体的轴向间隔设置在所述轨道本体的上端，两个所述直角减速器设置在对应的所述伺服电机的驱动轴上，所述直角减速器的输出端分别伸入对应的所述圆弧滑轨的槽口内，每个所述直角减速器的输出轴上均同轴设有驱动齿轮，所述圆弧外轨道靠近所述圆弧滑轨的一侧均设有弧形槽，所述弧形槽的两端分别延伸至对应的所述圆弧外轨道的两端，所述弧形槽内同轴设有圆弧齿条，所述驱动齿轮与设置在对应所述圆弧滑轨内的所述圆弧齿条相啮合。

进一步地，所述检测装置包括多个摄像单元，所述轨道本体沿其周向设有多个与所述摄像单元一一对应的通孔，所述摄像单元固设在对应的所述通孔内，且其摄像头朝向所述通孔设置。

进一步地，所述行走系统包括弧形机架、弧形推板、夹紧装置、多个避障行走装置和第二驱动装置，所述弧形机架与所述圆弧轨道同轴设置，所述弧形推板设置在所述弧形机架和对应的所述圆弧外轨道之间，其一侧与所述弧形机架滑动连接，其另一侧与所述圆弧外轨道固定连接，所述避障行走装置、所述夹紧装置和所述第二驱动装置分别沿弧形机架的轴向间隔设置在所述弧形机架上，且多个所述避障行走装置分别沿所述弧形机架的周向间隔设置，所述夹紧装置用于将弧形机架夹紧在管道外壁上，所述第二驱动装置与所述弧形推板传动连接，以驱动所述弧形推板带动弧形机架和对应的所述圆弧外轨道沿管道的轴向移动，所述避障行走装置用于带动弧形机架越过管道上的障碍物。

进一步地，所述夹紧装置包括第一夹臂、第二夹臂、双向丝杆和第一步进电机，所述第一夹臂和所述第二夹臂均为倒“L”型结构，并分别沿所述弧形机架的轴向对称设置的所述弧形机架的上端，所述第一夹臂的水平臂和所述第二夹臂的水平臂通过一旋转轴转动连接，所述旋转轴的两端分别延伸至与所述弧形机架固定连接，所述第一夹臂的竖直臂和所述第二夹臂的竖直臂分别穿过所述弧形机架并延伸至所述弧形机架的下端，所述第一夹臂水平臂的上端竖直设有第一固定座，所述第二夹臂水平臂的上端设有第二固定座，所述第一固定座和所述第二固定座均为竖直设置的“U”型结构，所述双向丝杆沿所述弧形机架的周向设置在所述第一夹臂的水平臂和所述第二夹臂的上端，其上两个螺母分别滑动安装在所述第一固定座和所述第二固定座内，所述第一步进电机设置在所述双向丝杆的一端，其驱动轴与所述双向丝杆传动连接，所述第一夹臂的竖直臂和所述第二夹臂的竖直臂的下端均设有夹爪；

进一步地，所述夹爪由两块与管道外壁匹配的第五弧形板组成，两块所述第五弧形板均竖直并分别沿所述弧形机架的轴向间隔设置，两块所述第五弧形板与所述第一夹臂竖直臂的下端或第二夹臂竖直臂的下端转动连接，其远离所述第一夹臂或第二夹臂的一侧均设有橡胶垫。

进一步地，所述第二驱动装置包括至少两根推杆、推杆连接板、两条直线导轨、丝杆和第二步进电机，所述丝杆沿所述弧形机架的轴向设置，所述第二步进电机设置在所述丝杆的另一端，并与所述丝杆的另一端传动连接，所述推杆连接板水平设置在所述丝杆的螺母上，两条直线导轨均沿所述弧形机架的轴向设置，并分别设置在所述丝杆的两侧，所述推杆连接板的下端设有与两条所述直线导轨对应的设置的滑块，所述滑块的下端均设有与对应的所述直线导轨匹配的第二滑槽，所述直线导轨的上端嵌入对应的所述第二滑槽内，所述第二步进电机驱动所述丝杆带动所述推杆连接板沿两条直线导轨滑动，两根所述推杆分别沿所述弧形机架的轴向设置所述推杆连接板的上端，并分别沿所述弧形机架的周向间隔分布，所述推杆连接板的上端沿其长度方向间隔设有与两根推杆对应设置的推杆安装座，两根所述推杆的一端分别与对应的推杆安装座固定连接，其另一端分别与所述弧形推板固定连接，所述推杆连接板带动两根所述推杆沿两条直线导轨滑动，以使所述弧形推板靠近或远离所述弧形机架。

进一步地，所述弧形机架的上端设有与多个所述避障行走装置对应设置的缺口，所述避障行走装置设置在对应的所述缺口的上方，所述避障行走装置均包括：摇臂、万向轮、两根连杆和连杆固定座，所述摇臂由两块“L”型的臂板和固定板组成，两块所述臂板沿所述弧形机架的轴向平行设置，所述固定板水平设置在两块所述臂板之间，其两侧分别与所述臂板连接固定，所述万向轮竖直并转动安装在两块所述臂板的水平段之间，且其下端伸入对应的所述缺口内，两块所述臂板的竖直段的上端均设有夹座，所述连杆固定座水平设置在两块所述臂板的上方，并位于两个所述夹座的一侧，两根所述连杆水平并沿所述弧形机架的轴向间隔设置在所述连杆固定座远离所述夹座的一侧，其一端均穿过所述连杆固定座分别与两个所述夹座转动连接，其另一端水平延伸，所述连杆固定座通过连接板固定在弧形机架上。

进一步地，所述避障行走装置还包括与两根所述连杆对应设置的弹簧、圆形垫片和螺母，所述圆形垫片同轴设置在对应的所述连杆上，所述弹簧套设在所述外周上，并设置在所述圆形垫片和所述连杆固定座之间，其一端与所述圆形垫片抵靠，其另一端与所述连杆固定座抵靠，所述螺母同轴设置在所述圆形垫片远离所述弹簧的一侧，并与对应的所述连杆固定连接，每根所述连杆的外周同轴设有圆筒形的外罩，且所述外罩靠近所述连杆固定座的一端与所述连杆固定座固定连接。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，取代现有人工检测的方式，其可实现自动对待测管道外壁360°的检测，不仅可节省人力资源，降低工人的工作强度，还具有检测精度高、检测速度快和检测效率高等优点。

附图说明

图1是本发明所述一种蠕动爬行式管道外检测机器人的结构示意图；

图2是本发明所述一种蠕动爬行式管道外检测机器人的结构示意图；

图3是本发明所述行走系统的结构示意图；

图4是本发明所述夹紧装置的结构示意图；

图5是本发明所述第二驱动装置的结构示意图；

图6是本发明所述避障行走装置的结构示意图；

图7是本发明所述避障行走装置的结构示意图；

图8是本发明所述一种蠕动爬行式管道外检测机器人的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1-8，一种蠕动爬行式管道外检测机器人，包括：

圆弧轨道，其竖直设置；

两个所述圆弧外轨道20，其分别同轴设置在所述圆弧轨道的两侧，并分别与所述圆弧轨道的两侧滑动连接；

第一驱动装置，其设置在所述圆弧轨道上，并与所述圆弧轨道传动连接，所述第一驱动装置驱动所述圆弧轨道沿所述圆弧外轨道20的周向滑动；

检测装置，其设置在所述圆弧轨道上，所述检测装置用于对管道外进行检测；

两个行走系统30，其对称设置在所述圆弧轨道的两侧，并分别与两个所述圆弧外轨道20固定连接，两个所述行走系统30用以共同驱动所述圆弧轨道沿管道的轴向行走。

在上述实施例中，本发明的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，通过通过起重机或其他吊装工具将机器人安装在待监测的管道上，通过其上的圆弧轨道和圆弧外轨道20将机器人与待测管道的外壁初次固定后，第一驱动装置驱动圆弧轨道带动检测装置绕圆弧外轨道20也为沿管道的周向±90°移动，以对待测管道外壁进行360°检测，待检测完毕后，两个行走系统30同步驱动圆弧轨道沿管道的轴向继续向前或向后移动，以完成整个待测管道外壁的检测工作。其中，对称设置在圆弧轨道两侧的行走系统30可实现驱动圆弧轨道沿管道的轴向向前或向后移动的功能，具体为当圆弧轨道需要沿管道向前移动时，由设置在圆弧轨道前侧的行走系统30驱动圆弧轨道向前移动，为当圆弧轨道需要沿管道向后移动时，由设置在圆弧轨道后侧的行走系统30驱动圆弧轨道向前移动。其中，圆弧轨道和圆弧外轨道20的直径大于待测管道的直径。

此外，一种蠕动爬行式管道外检测机器人，还包括控制系统，所述控制系统包括运动控制卡、水位传感器和超声波传感器，运动控制卡分别与超声波传感器、第一驱动装置、所述检测装置和所述行走系统30电连接。超声波传感器设置在行走系统30上，用来检测机器人前方管道与隧道内壁之间的距离，当间距过小时，超声波传感器将信号发送至运动控制卡，运动控制卡驱动两个行走系统30驱动圆弧轨道和圆弧外轨道20绕管道的周向旋转，以调整机器人的位置，运动控制卡还可控制第一驱动装置自动带动圆弧轨道绕待测管道的周向旋转，以实现机器人对待测管道自动检测的功能。其中，运动控制卡的型号为ZMC308，水位控制器的型号为XW1000，超声波传感器的型号为AJ-SR04M。

优选的，所述圆弧轨道包括轨道本体11和两个圆弧滑轨12，所以轨道本体11为竖直设置的圆弧结构，两个所述圆弧滑轨12分别同轴固定在所述轨道本体11的两侧，且其上的槽口均朝远离所述轨道本体11的方向设置，所述圆弧滑轨12的上端和下端沿其周向分别均匀间隔的设有多个条形缺口36，所述圆弧滑轨12的上端的多个条形缺口36内均对应的设有第一滑轮13，所述圆弧滑轨12的下端的多个条形缺口36内均对应的设有第二滑轮14，所述第一滑轮13的下端以及所述第二滑轮14的上端均穿过对应的所述条形缺口36伸入所述圆弧滑轨12的槽口内，两个所述圆弧外轨道20分别对应的同轴设置在两个所述圆弧滑轨12的一侧，其上端和下端均设有第一滑槽21，位于所述圆弧外轨道20上端的第一滑槽21的一侧均嵌入对应的所述圆弧滑轨12的多个所述第一滑轮13内，位于所述圆弧外轨道20下端的第一滑槽21的一侧均嵌入对应的所述圆弧滑轨12的多个所述第二滑轮14内，多个所述第一滑轮13和多个所述第二滑轮14可分别沿对应的所述第一滑槽21滑动，所述检测装置和所述第一驱动装置均设置在所述轨道本体11上，所述第一驱动装置与两个所述圆弧滑轨12传动连接。

在上述实施例中，第一驱动装置与运动控制卡电连接，机器人工作时，运动控制卡驱动第一驱动装置工作，并在第一滑轮13、第二滑轮14和圆弧外轨道20上滑槽的作用下，第一驱动装置驱动两个圆弧滑轨12带动轨道本体11沿对应的圆弧外轨道20周向移动，其中，第一滑轮13、第二滑轮14均为V型槽轮。轨道本体11的上方设有与其形状匹配的第一罩板120，第一罩板120的两侧分别延伸至与对应的圆弧滑轨12连接，第一罩板120具有防护功能。第一滑轮13、第二滑轮14和圆弧外轨道20上对应滑槽的滑动连接关系，可保证圆滑轨道和轨道本体11移动轨迹的精确性，防止圆弧滑轨12和对应的圆弧外轨道20在相互移动的过程中脱离，导致机器人使用故障。

优选的，第一驱动装置包括与两个所述圆弧滑轨12对应设置的伺服电机40和直角减速器41，两个所述伺服电机40均沿所述轨道本体11的轴向间隔设置在所述轨道本体11的上端，两个所述直角减速器41设置在对应的所述伺服电机40的驱动轴上，所述直角减速器41的输出端分别穿过对应的圆弧滑轨12，伸入对应的所述圆弧滑轨12的滑槽内，每个所述直角减速器41的输出轴上均同轴设有驱动齿轮42，所述圆弧外轨道20靠近所述圆弧滑轨12的一侧均设有弧形槽22，所述弧形槽22的两端分别延伸至对应的所述圆弧外轨道20的两端，所述弧形槽22内同轴设有圆弧齿条23，所述驱动齿轮42与对应的所述圆弧齿条23啮合。

在上述实施例中，两个伺服电机40均与运动控制卡电连接，运动控制卡控制两个伺服电机40同步转动，以通过对应的直角减速器41分别带动其对应的驱动齿轮42转动，在驱动齿轮42和对应的圆弧齿条23的作用下，即可同步驱动两个圆弧滑轨12带动轨道本体11沿两个圆弧外轨道20的周向移动。其中，电机、齿条和齿轮的驱动结构，可充分利用圆弧外轨道20和圆弧轨道的空间结构，有利于减小机器人的体积，具有驱动效果好，实施方式简单和实施成本低等优点。

此外，第一驱动装置除了可带动圆弧轨道沿圆弧外轨道20的周向移动，还可带动两个行走系统30分别沿圆弧外轨道20的周向移动，这一功能在下文进行详细描述。

优选的，所述检测装置包括多个摄像单元50，所述轨道本体11沿其周向设有多个与所述摄像单元50一一对应的通孔51，所述摄像单元50固设在对应的所述通孔51内，且其摄像头朝向所述通孔51设置，所述摄像单元50与所述控制器电连接。

在上述实施例中，摄像单元50与运动控制卡电连接，运动控制卡可控制多个摄像单元50同步对待测管道的外壁进行拍摄，当轨道本体11沿圆弧外轨道20的周向移动时，即可带动其上的多个摄像单元50沿圆弧外轨道20的周向移动，即可实现对待测管道外壁360°的检测。其中，摄像单元50设有4个，其型号为HTO-GCL-005，并均布在伺服电机40的两侧。

优选的，所述行走系统30包括弧形机架31、弧形推板32、第一弧形板36、第二弧形板37、第三弧形板38、第四弧形板39、夹紧装置、多个避障行走装置和第二驱动装置，所述弧形机架31与所述圆弧轨道同轴设置，所述第一弧形板36、所述第二弧形板37、所述第三弧形板38和所述第四弧形板39均竖直设置在所述弧形机架31的上端，并分别沿所述弧形机架31的轴向间隔分布，以将所述弧形机架31的上端分隔为第一安装区、第二安装区和第三安装区，所述弧形推板32同轴设置在所述弧形机架31和对应的所述圆弧外轨道20之间，其一侧有所述弧形机架31滑动连接，其另一侧与所述圆弧外轨道20固定连接，多个所述避障行走装置、所述夹紧装置和所述第二驱动装置分别对应设置在所述第一安装区、所述第二安装区和所述第三安装区内，且多个所述避障行走装置分别沿所述弧形机架31的周向间隔设置，所述夹紧装置用于将弧形机架31夹紧在管道外壁上，所述第二驱动装置与所述弧形推板32传动连接，以用于驱动所述弧形推板32带动弧形机架31和对应的所述圆弧外轨道20沿管道的轴向移动，所述避障行走装置用于带动弧形机架31越过管道上的障碍物。

在上述实施例中，夹紧装置和第二驱动装置分别与运动控制卡电连接，运动控制卡用于控制夹紧装置和第二驱动装置自动工作。第一弧形板36和第二弧形板37、第二弧形板37和第三弧形板38、第三弧形板38和第四弧形板39之间分别通过多块铝板进行连接固定，以提高弧形机架31结构的稳定性，且第一弧形板36和第四弧形板39分别位于弧形机架31的两端，第一弧形板36、第二弧形板37、第三弧形板38和第四弧形板39将弧形机架31的上端分隔为第一安装区、第二安装区和第三安装区，以方便避震行走单元、夹紧单元和第二驱动装置的安装、维修和更换，还有利于降低行走系统30的重量，实现机器人轻量级的优点。弧形机架31的直径与圆弧轨道的直径大小一致，其上方设有与其形状匹配的第二罩板110，第二罩板110的两侧分别延伸至与第一弧形板36和第四弧形板39连接固定，运动控制卡和水位传感器通过控制箱100安装在所述第三安装区，超声传感器设置在第一弧形板36上。

当机器人沿管道的轴向向前移动，圆弧轨道前端的行走系统30第一弧形板36上的超声传感器检测到前待测管道上端前方与隧道侧面的间距越来越小时，超声传感器将信号传送至运动控制卡，运动控制卡驱动第一驱动装置上靠近前端行走系统30的伺服电机40转动，伺服电机40驱动对应的直角减速器41带动对应的驱动齿轮42转动，以通过设置在靠近前端行走系统30的圆弧外轨道20内的齿条带动圆弧外轨道20沿圆弧轨道的周向移动，以带动弧形推板32和弧形机架31沿圆弧轨道的周向移动，以使机器人移动至管道的侧方位或下端间距较大的位置，调整机器人的位置，以便继续完成对管道外壁的检测工作；同理，机器人沿管道的轴向向后移动，圆弧轨道后端的行走系统30第一弧形板36上的超声传感器检测到前待测管道上端前方与隧道侧面的间距越来越小时，由运动控制卡驱动第一驱动装置上靠近后端行走系统30的伺服电机40转动，以驱动后端的弧形机架31沿圆弧轨道的周向移动，如此，可实现机器人对管道360°的检查，以扩大机器人的使用范围，解决隧道太窄时，机器人无法使用的问题，提高机器人的实用性能。

优选的，所述夹紧装置包括：

第一夹臂60和第二夹臂61，其均为倒“L”型结构，并分别沿所述弧形机架31的轴向对称设置的所述弧形机架31的上端，所述第一夹臂60的水平臂和所述第二夹臂61的水平臂通过一旋转轴64转动连接，所述旋转轴64的两端分别延伸至与所述第一弧形板36和所述第二弧形板37处，并分别通过轴承座65与所述第一弧形板36和所述第二弧形板37转动连接，所述第一夹臂60的竖直臂和所述第二夹臂61的竖直臂分别穿过所述弧形机架31并延伸至所述弧形机架31的下端；

第一夹爪和第二夹爪，其均由两块与管道外壁匹配的第五弧形板68组成，两块所述第五弧形板68均竖直并分别沿所述弧形机架31的轴向间隔设置，两块所述第五弧形板68与所述第一夹臂60竖直臂的下端或第二夹臂61竖直臂的下端转动连接，其远离所述第一夹臂60或第二夹臂61的一侧均设有橡胶垫。

双向丝杆62，其沿所述弧形机架31的周向设置，所述第一夹臂60水平臂的上端竖直设有第一固定座66，所述第二夹臂61水平臂的上端设有第二固定座67，所述第一固定座66和所述第二固定座67均为竖直设置的“U”型结构，其长度方向均沿弧形机架31的轴向设置，所述第一固定座66和所述第二固定座67所述双向丝杆62的两个螺母88分别设置在所述第一固定座66和所述第二固定座67内，所述第一固定座66和所述第二固定座67的两侧均设有竖直设置的条形槽口，每条所述条形槽口内均设有销，所述销的一端穿过对应的条形槽口，并与对应的螺母88固定连接，当双向丝杆62上的螺母88相互靠近或远离时，可对应的带动所述第一固定座66和所述第二固定座67靠近或远离；

第一步进电机63和电机安装座69，所述电机安装座69为“U”型结构，其长度方向沿所述弧形机架31的周向设置，并水平安装在所述第一固定座66和所述第二固定座67之间，第一步进电机63设置在电机安装座69的一侧，其驱动轴通过联轴器与所述双向丝杆62的一端传动连接，所述第一步进电机63驱动所述双向丝杆62转动；

所述第一步进电机63驱动所述双向丝杆62带动两个所述螺母88相向移动，以带动所述第一固定座66和所述第二固定座67靠近或远离，当所述第一固定座66和所述第二固定座67靠近或远离时，可带动所述第一夹臂60竖直臂的下端和所述第二夹臂61竖直臂的下端靠近或远离，以通过分别设置在所述第一夹臂60竖直臂和所述第二夹臂61竖直臂下端的夹爪对管道的外壁进行夹持或松开；

在上述实施例中，第一步进电机63与运动控制卡电连接，运动控制卡控制第一步进电机63的开启和关闭；当机器人安装在待测管道上后，运动控制卡控制第一步进电机63正转，第一步进电机63驱动双向丝杆62转动，以带动其上的两个螺母88分别相互远离，两个螺母88相互远离时，带动第一固定座66和第二固定座67相互远离，进而带动第一夹臂60竖直臂的下端和第二夹臂61竖直臂的下端相互靠近，以通过设置其下端的夹爪对管道的外壁进行夹持，以实现机器人对待测管道的第二固定；同理，当检测工作完成后，运动控制卡控制第一步进电机63反转，第一步进电机63驱动双向丝杆62带动其上的两个螺母88分别相互靠近，以带动第一固定座66和第二固定座67相互靠近，进而带动第一夹臂60竖直臂的下端和第二夹臂61竖直臂的下端相互远离，解除对待测管道外壁的固定，便可拆下机器人。安装在第五弧形板68上的橡胶垫可增大夹爪与待测管道外壁的摩擦力，防止机器人在夹紧状态下发生滑移。本实施例所述的夹紧装置，可将机器人稳固地夹持在待测管道上，具有固定效果好和操作方便等优点。

优选的，所述第二驱动装置包括四根推杆70、推杆连接板71、两条直线导轨72、丝杆73和第二步进电机74，四根所述推杆70的一端与所述第四弧形板39转动连接，所述丝杆73沿所述弧形机架31的轴向设置，其一端通过轴承座与所述第四弧形板39转动连接，所述第二步进电机74设置在所述丝杆73的一端，并与所述丝杆73的一端传动连接，所述推杆连接板71水平设置在所述丝杆73的螺母88上，两条直线导轨72均沿所述弧形机架31的轴向设置，并分别设置在所述丝杆73的两侧，所述推杆连接板71的下端设有与两条所述直线导轨72对应的设置的滑块75，所述滑块75的下端均设有与对应的所述直线导轨72匹配的第二滑槽，所述直线导轨72的上端嵌入对应的所述第二滑槽内，所述第二步进电机74驱动所述丝杆73带动所述推杆连接板71沿两条直线导轨72滑动，四根所述推杆70沿所述弧形机架31的轴向设置，其中两根所述推杆70位于所述弧形机架31的上方，另外两根分别位于所述弧形机架31的两侧，其中两根所述推杆70位于所述弧形机架31的上方，另外两根分别位于所述弧形机架31的两侧，并分别沿所述弧形机架31的周向间隔分布，所述推杆连接板71的上端沿其长度方向间隔设有与两个推杆安装座77，位于所述弧形机架31的上方的两根所述推杆70的一端分别与对应的推杆安装座77固定连接，其另一端分别穿过所述第四弧形板39与所述弧形推板32固定连接，位于所述弧形机架31两侧的两根所述推杆70的一端分别与所述弧形推板32固定连接，其另一端穿过所述第四弧形板39并水平延伸，所述推杆连接板71带动两根所述推杆70沿两条直线导轨72滑动，以使所述弧形推板32靠近或远离所述弧形机架31，所述_{第二步进电机74}与所述运动控制卡电连接。

在上述实施例中，控制箱100设置在第三弧形板38和第四弧形板39之间，其两侧分别与第三弧形板38和第四弧形板39连接固定，控制箱100内处设有运动控制卡、水位传感器外，还设有上述第一步进电机63和第二步进电机74的驱动器、电源和交换机GQ-IESM208G，驱动器和运动控制卡电连接，交换机与电源电连接，其中，水位传感器用于检测控制箱100内是否有水，以将检测结果随时进行反馈，避免水造成控制箱100内电源、交换机等设备无法正常使用，降低机器人的使用寿命。第二驱动装置驱动弧形机架31的带动圆弧外轨道20和圆弧轨道移动的原理为：当多个摄像单元50对待测管道外侧壁某一段的影像采集完毕后，机器人需要沿着待测管道的轴向向前移动时，运动控制卡控制位于圆弧轨道前端的行走系统30上第二驱动装置的第二步进电机74转动，第一步进电机63驱动丝杆73转动，丝杆73带动其上的螺母88和推杆连接板71向靠近圆弧轨道的方向移动，以带动四根推杆70推动弧形机架31向前移动，进而通过弧形推板32带动圆弧外轨道20和圆弧轨道向前移动，以实现机器人蠕动式的向前移动的功能；同理，机器人需要沿着待测管道的轴向向后移动时，丝杆73带动其上的螺母88和推杆连接板71向靠近圆弧轨道的方向移动，以带动四根推杆70推动弧形机架31向后移动，进而通过弧形推板32带动圆弧外轨道20和圆弧轨道向后移动，如此，即可实现机器人对整根待测管道进行自动检测的功能。其上，两条直线导轨72一方面可保证推杆70的移动轨迹的平直性，另一方面可保证推杆连接板71安装的稳固性。为了减少摩擦力，保证推杆70移动轨迹的平直性，所述第四弧形板39上设有与四根推杆70对应的直线轴承，四个所述直线轴承均同轴设置在所述第四弧形板39靠近所述丝杆73的一侧。本实施所述的第二驱动装置具有驱动方向精准、驱动速度快和操作方便等优点。

优选的，所述弧形机架31的上端设有与多个所述避障行走装置对应设置的缺口35，所述避障行走装置设置在对应的所述缺口36的上方，所述避障行走装置均包括摇臂、万向轮80、两根连杆81，连杆固定座82、与两根所述连杆81对应设置的弹簧86、圆形垫片87和螺母88，所述摇臂设置在所述对应的所述缺口36的上方，其由两块“L”型的臂板83组成，两块所述臂板83平行设置，所述固定板84竖直设置在两块所述臂板83之间，并两侧分别与对应的所述臂板83固定连接，两块所述臂板83的竖直段通过一销轴连接，所述万向轮80通过销轴转动安装在两块所述臂板83之间，且其下端伸入对应的所述缺口36内，两根所述连杆81水平设置在对应的设置在两块臂板83水平段的上方，所述臂板83竖直段的上端分别设有与两根所述连杆81对应设置的夹座85，所述连杆固定座82水平设置两块所述臂板83水平段的上方，其上端通过一沿所述弧形机架31轴向设置的连接板821与所述第一弧形板36和所述第二弧形板37固定连接，两根所述连杆81的一端分别穿过所述连杆固定座82伸入对应的所述夹座85内，并与对应的所述夹座85转动连接，所述圆形垫片87和所述螺母88分别同轴固定在对应的所述连杆81的另一端，且所述圆形垫片87设置在所述连杆固定座82和所述螺母88之间，所述弹簧86水平设置套设在对应的所述连杆81的外周上，并位于所述连接连接座和所述圆形垫片87之间，每根所述连杆81的外周同轴设有圆筒形的外罩89，且所述外罩89靠近所述连杆固定座82的一端与所述连杆固定座82固定连接。

在上述实施例中，避障行走装置的工作原理是：当管道上没有障碍物时，在第二驱动装置的驱动作用下，多个万向轮80可带动弧形机架31沿管道的轴向移动，提高弧形机架31的移动速度；当弧形机架31运动到管道上有焊缝、卡箍等障碍物时，当万向轮80移动至障碍物处时，障碍物将万向轮80的下端抬起，以使弧形机架31通过管道上的障碍物，继续沿管道的轴向移动，实现机器人的越障功能，当万向轮80的下端抬起后，带动两块臂板83的水平段同步向上运动，此时，两块臂板83的竖直段对应的带动其上的夹座85向远离连杆固定座82的方向移动，进而带动两根连杆81同步朝靠近连杆固定座82的方向移动，以通过连杆81上的螺母88和圆形垫片87压缩弹簧86，当万向轮80通过管道上的障碍物后，带动两块臂板83的水平段同步向下运动，进而使夹座85向靠近连杆固定座82的方向移动，弹簧86逐渐复位。其中，万向轮80为麦克纳姆轮，其具有灵活方便的实现全方位移动功能。弹簧86作为一个驱动件，可提高万向轮80复位的速率，进而提高机器人越障的速度。夹座85为“U”型结构，连杆81的一端伸入夹座85内，内通过销与夹座85转动连接。本实施所述的避障行走装置可提高机器人的移动速度，还可带动机器人顺利的越过管道上的障碍物，保证机器人在管道上平稳的移动，提高机器人的实用性能。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种蠕动爬行式管道外检测机器人，其特征在于，包括：

圆弧轨道，其竖直设置；所述圆弧轨道包括轨道本体(11)和两个圆弧滑轨(12)，所以轨道本体(11)为竖直设置的圆弧结构，两个所述圆弧滑轨(12)分别同轴固定在所述轨道本体(11)的两侧，且其上的槽口均朝远离所述轨道本体(11)的方向设置，所述圆弧滑轨(12)的上端和下端沿其周向分别均匀间隔的设有多个第一滑轮(13)和第二滑轮(14)，所述第一滑轮(13)的下端以及所述第二滑轮(14)的上端均伸入所述圆弧滑轨(12)的槽口内，两个圆弧外轨道(20)分别对应的同轴设置在两个所述圆弧滑轨(12)的一侧，其上端和下端均设有第一滑槽(21)，位于所述圆弧外轨道(20)上端的所述第一滑槽(21)的一侧嵌入多个所述第一滑轮(13)内，位于所述圆弧外轨道(20)下端的所述第一滑槽(21)的一侧嵌入多个所述第二滑轮(14)内，多个所述第一滑轮(13)和多个所述第二滑轮(14)可沿对应的所述第一滑槽(21)滑动，检测装置和第一驱动装置均设置在所述轨道本体(11)上，所述第一驱动装置与两个所述圆弧滑轨(12)传动连接；

两个所述圆弧外轨道(20)，其分别同轴设置在所述圆弧轨道的两侧，并分别与所述圆弧轨道的两侧滑动连接；

第一驱动装置，其设置在所述圆弧轨道上，并与所述圆弧轨道传动连接，所述第一驱动装置驱动所述圆弧轨道沿所述圆弧外轨道(20)的周向滑动；

检测装置，其设置在所述圆弧轨道上，所述检测装置用于对管道外进行检测；

两个行走系统(30)，其对称设置在所述圆弧轨道的两侧，并分别与两个所述圆弧外轨道(20)固定连接，两个所述行走系统(30)用以共同驱动所述圆弧轨道沿管道的轴向行走；

所述行走系统(30)包括弧形机架(31)、弧形推板(32)、夹紧装置、多个避障行走装置和第二驱动装置，所述弧形机架(31)与所述圆弧轨道同轴设置，所述弧形推板(32)设置在所述弧形机架(31)和对应的所述圆弧外轨道(20)之间，其一侧与所述弧形机架(31)滑动连接，其另一侧与所述圆弧外轨道(20)固定连接，所述避障行走装置、所述夹紧装置和所述第二驱动装置分别沿弧形机架(31)的轴向间隔设置在所述弧形机架(31)上，且多个所述避障行走装置分别沿所述弧形机架(31)的周向间隔设置，所述夹紧装置用于将弧形机架(31)夹紧在管道外壁上，所述第二驱动装置与所述弧形推板(32)传动连接，以驱动所述弧形推板(32)带动弧形机架(31)和对应的所述圆弧外轨道(20)沿管道的轴向移动，所述避障行走装置用于带动弧形机架(31)越过管道上的障碍物。

2.根据权利要求1所述的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，其特征在于，第一驱动装置包括与两个所述圆弧滑轨(12)对应设置的伺服电机(40)和直角减速器(41)，两个所述伺服电机(40)沿所述轨道本体(11)的轴向间隔设置在所述轨道本体(11)的上端，两个所述直角减速器(41)设置在对应的所述伺服电机(40)的驱动轴上，所述直角减速器(41)的输出端分别伸入对应的所述圆弧滑轨(12)的槽口内，每个所述直角减速器(41)的输出轴上均同轴设有驱动齿轮(42)，所述圆弧外轨道(20)靠近所述圆弧滑轨(12)的一侧均设有弧形槽(22)，所述弧形槽(22)的两端分别延伸至对应的所述圆弧外轨道(20)的两端，所述弧形槽(22)内同轴设有圆弧齿条(23)，所述驱动齿轮(42)与设置在对应所述圆弧滑轨(12)内的所述圆弧齿条(23)相啮合。

3.根据权利要求1所述的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，其特征在于，所述检测装置包括多个摄像单元(50)，所述轨道本体(11)沿其周向设有多个与所述摄像单元(50)一一对应的通孔(51)，所述摄像单元(50)固设在对应的所述通孔(51)内，且其摄像头朝向所述通孔(51)设置。

4.根据权利要求1所述的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，其特征在于，所述夹紧装置包括第一夹臂(60)、第二夹臂(61)、双向丝杆(62)和第一步进电机(63)，所述第一夹臂(60)和所述第二夹臂(61)均为倒“L”型结构，并分别沿所述弧形机架(31)的轴向对称设置的所述弧形机架(31)的上端，所述第一夹臂(60)的水平臂和所述第二夹臂(61)的水平臂通过一旋转轴(64)转动连接，所述旋转轴(64)的两端分别延伸至与所述弧形机架(31)固定连接，所述第一夹臂(60)的竖直臂和所述第二夹臂(61)的竖直臂分别穿过所述弧形机架(31)并延伸至所述弧形机架(31)的下端，所述第一夹臂(60)水平臂的上端竖直设有第一固定座(66)，所述第二夹臂(61)水平臂的上端设有第二固定座(67)，所述第一固定座(66)和所述第二固定座(67)均为竖直设置的“U”型结构，所述双向丝杆(62)沿所述弧形机架(31)的周向设置在所述第一夹臂(60)的水平臂和所述第二夹臂(61)的上端，其上两个螺母(88)分别滑动安装在所述第一固定座(66)和所述第二固定座(67)内，所述第一步进电机(63)设置在所述双向丝杆(62)的一端，其驱动轴与所述双向丝杆(62)传动连接，所述第一夹臂(60)的竖直臂和所述第二夹臂(61)的竖直臂的下端均设有夹爪。

5.根据权利要求4所述的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，其特征在于，所述夹爪由两块与管道外壁匹配的第五弧形板(68)组成，两块所述第五弧形板(68)均竖直并分别沿所述弧形机架(31)的轴向间隔设置，两块所述第五弧形板(68)与所述第一夹臂(60)竖直臂的下端或第二夹臂(61)竖直臂的下端转动连接，其远离所述第一夹臂(60)或第二夹臂(61)的一侧均设有橡胶垫。

6.根据权利要求4所述的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，其特征在于，所述第二驱动装置包括至少两根推杆(70)、推杆连接板(71)、两条直线导轨(72)、丝杆(73)和第二步进电机(74)，所述丝杆(73)沿所述弧形机架(31)的轴向设置，所述第二步进电机(74)设置在所述丝杆(73)的另一端，并与所述丝杆(73)的另一端传动连接，所述推杆连接板(71)水平设置在所述丝杆(73)的螺母(88)上，两条直线导轨(72)均沿所述弧形机架(31)的轴向设置，并分别设置在所述丝杆(73)的两侧，所述推杆连接板(71)的下端设有与两条所述直线导轨(72)对应的设置的滑块(75)，所述滑块(75)的下端均设有与对应的所述直线导轨(72)匹配的第二滑槽，所述直线导轨(72)的上端嵌入对应的所述第二滑槽内，所述第二步进电机(74)驱动所述丝杆(73)带动所述推杆连接板(71)沿两条直线导轨(72)滑动，两根所述推杆(70)分别沿所述弧形机架(31)的轴向设置所述推杆连接板(71)的上端，并分别沿所述弧形机架(31)的周向间隔分布，所述推杆连接板(71)的上端沿其长度方向间隔设有与两根推杆(70)对应设置的推杆安装座(77)，两根所述推杆(70)的一端分别与对应的推杆安装座(77)固定连接，其另一端分别与所述弧形推板(32)固定连接，所述推杆连接板(71)带动两根所述推杆(70)沿两条直线导轨(72)滑动，以使所述弧形推板(32)靠近或远离所述弧形机架(31)。

7.根据权利要求4所述的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，其特征在于，所述弧形机架(31)的上端设有与多个所述避障行走装置对应设置的缺口(35)，所述避障行走装置设置在对应的所述缺口(36)的上方，所述避障行走装置均包括：摇臂、万向轮(80)、两根连杆(81)和连杆固定座(82)，所述摇臂由两块“L”型的臂板(83)和固定板(84)组成，两块所述臂板(83)沿所述弧形机架(31)的轴向平行设置，所述固定板(84)水平设置在两块所述臂板(83)之间，其两侧分别与所述臂板(83)连接固定，所述万向轮(80)竖直并转动安装在两块所述臂板(83)的水平段之间，且其下端伸入对应的所述缺口(36)内，两块所述臂板(83)的竖直段的上端均设有夹座(85)，所述连杆固定座(82)水平设置在两块所述臂板(83)的上方，并位于两个所述夹座(85)的一侧，两根所述连杆(81)水平并沿所述弧形机架(31)的轴向间隔设置在所述连杆固定座(82)远离所述夹座(85)的一侧，其一端均穿过所述连杆固定座(82)分别与两个所述夹座(85)转动连接，其另一端水平延伸，所述连杆固定座(82)通过连接板(821)固定在弧形机架(31)上。

8.根据权利要求7所述的一种蠕动爬行式管道外检测机器人，其特征在于，所述避障行走装置还包括与两根所述连杆(81)对应设置的弹簧(86)、圆形垫片(87)和螺母(88)，所述圆形垫片(87)同轴设置在对应的所述连杆(81)上，所述弹簧(86)套设在所述连杆(81)的外周上，并设置在所述圆形垫片(87)和所述连杆固定座(82)之间，其一端与所述圆形垫片(87)抵靠，其另一端与所述连杆固定座(82)抵靠，所述螺母(88)同轴设置在所述圆形垫片(87)远离所述弹簧(86)的一侧，并与对应的所述连杆(81)固定连接，每根所述连杆(81)的外周同轴设有圆筒形的外罩(89)，且所述外罩(89)靠近所述连杆固定座(82)的一端与所述连杆固定座(82)固定连接。