CN111760729A - 一种管道内壁除锈机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道内壁除锈机器人，包括机体以及设置于机体上的除锈机构、除尘机构、喷漆机构和行走机构；还包括分别与行走机构、除锈机构、除尘机构和喷漆机构电连接的控制模块。有益效果为：通过行走机构可以驱动由机体、除锈机构、除尘机构和喷漆机构所构成的整体在管道内移动，以便除锈机构、除尘机构、喷漆机构对管道内壁进行除锈、除尘和喷漆处理，以避免管道对输送介质产生污染，另外，控制模块的加入，可以使得整个机器人按照预设指令进行自动化运行。

Description

一种管道内壁除锈机器人

技术领域

本发明涉及管道检修领域，具体涉及一种管道内壁除锈机器人。

背景技术

钢管、铸铁管等管道在我国的石油、化工、给排水、电站、造纸、皮革、通风及抽拔腐蚀性气体烟囱等技术领域应用非常广泛，但钢管、铸铁管均为电的良导体，在储存、使用过程中，会因化学、电化学的作用产生局部电池反应，内壁面极易生锈，对输送介质往往会产生污染，因而，常需对其内壁面进行特殊防锈、除锈处理，而目前没有这样的自动化除锈装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种管道内壁除锈机器人，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种管道内壁除锈机器人，包括机体以及设置于机体上的除锈机构、除尘机构、喷漆机构和行走机构；还包括分别与行走机构、除锈机构、除尘机构和喷漆机构电连接的控制模块。

本发明的有益效果是：通过行走机构可以驱动由机体、除锈机构、除尘机构和喷漆机构所构成的整体在管道内移动，以便除锈机构、除尘机构、喷漆机构对管道内壁进行除锈、除尘和喷漆处理，以避免管道对输送介质产生污染，另外，控制模块的加入，可以使得整个机器人按照预设指令进行自动化运行。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，机体上所设行走机构的数量至少为三个；行走机构包括安装架、驱动轮、铰接组件、电推杆a和驱动机构，安装架的一端通过铰接组件与机体相连；驱动机构设置于安装架上；驱动轮与驱动机构相连接，并通过驱动机构驱使的进行旋转；电推杆a的一端与机体转动连接，电推杆a的另一端与安装架的中部或安装架远离铰接组件的一端转动连接，通过电推杆a的伸缩运动改变安装架与机体之间的夹角，以调节驱动轮与管道内壁的接触面积。

采用上述进一步的有益效果为：可以调节安装架与机体之间的夹角，以调节驱动轮与管道内壁的接触面积，从而适应在不同管径的管道内行走，扩大其应用范围；在管道弯折处，可以调整各行走机构中驱动轮与管道内壁的接触面积，以方便在弯折处通行。

进一步，行走机构还包括从动轮和履带，安装架上在预设位置转动设有多个从动轮，履带绕着驱动轮和所有从动轮，通过电推杆a的伸缩运动改变安装架与机体之间的夹角，以调节履带与管道内壁的接触面积。

采用上述进一步的有益效果为：扩大接触面积，提升行走时的稳定性。

进一步，驱动机构为轮毂电机。

采用上述进一步的有益效果为：能够缩小整个机器人的体积，同时也能更好的适应调整接触面积的需求。

进一步，喷漆机构包括驱动电机、传动链、旋转接头、供漆组件和喷漆管，旋转接头包括球头a和球头座，球头a转动设置于球头座上，球头a上设有流道a，球头座上设有与流道a相连通的流道c，球头座转动设置于机体后端的壁面上，驱动电机设置于机体内，驱动电机的输出轴通过传动链与球头座相连，球头a与机体相固定，供漆组件设置在机体内，供漆组件的出漆口与流道a相连通，喷漆管布置于机体后端的外侧，喷漆管的一端与流道c相连，喷漆管的另一端朝管道内壁方向弯折，喷漆管的直线长度小于管道的半径。

进一步，球头a上设有流道b，球头座上设有与流道b相连通的流道d；除尘机构包括吸尘管和吸尘组件，吸尘组件设置于机体内，吸尘组件的吸尘口与流道b相连通，吸尘管布置于机体后端的外侧，吸尘管的一端与流道d相连，吸尘管的另一端朝管道内壁方向弯折，吸尘管的直线长度小于管道的半径。

进一步，除锈机构包括伸缩组件和刷头，伸缩组件与喷漆管和/或吸尘管相连,刷头与伸缩组件相连，并通过伸缩组件的伸缩运动以使刷头与管道内壁相接触或脱离管道内壁。

采用上述进三步的有益效果为：喷漆机构、除尘机构和除锈机构三者受同一驱动电机的驱使进行旋转来完成工作，可以有效的简化设备，缩小体积，同时降低成本。

进一步，除锈机构还包括底盘，底盘与喷漆管和/或吸尘管相连，伸缩组件设置在底盘上。

采用上述进一步的有益效果为：可以提升伸缩组件在运行时的稳定性。

进一步，伸缩组件包括弹性件、外杆、内杆、牵引绳和牵引组件，底盘分别与喷漆管和吸尘管的弯折处相连，外杆的一端与底盘相连接，外杆的另一端朝管道内壁方向延伸，外杆内设有安装腔，内杆的一端从外杆远离底盘的一端承插进外杆的安装腔内，内杆的另一端与刷头相连接，内杆承插进安装腔内的部分的截面形状为多边形，安装腔的截面形状与内杆的截面形状相匹配，弹性件设置在内杆与安装腔的腔底之间，牵引组件分别与喷漆管和吸尘管相连，牵引绳的一端与内杆相连接，牵引绳的另一端经弹性件后穿出至外杆外，且与牵引组件相连，刷头在外杆、内杆、弹性件、牵引绳和牵引组件的共同作用下与管道内壁相接触或脱离管道内壁。

采用上述进一步的有益效果为：可以通过弹性件、牵引绳和牵引组件调整内杆相对外杆的外伸长度，以适应对不同管径的管道进行除锈处理，同时在调整长度后，可以不影响喷漆机构、除尘机构运行。

进一步，牵引组件为电推杆。

进一步，弹性件为弹簧。

采用上述进两步的有益效果为：结构简单，且能确保整个伸缩组件稳定完成伸缩任务。

进一步，安装腔由依次相连的孔a、孔b和孔c构成，孔a远离孔b的一端贯穿外杆远离底盘的一端的端面，孔c远离孔b的一端贯穿外杆靠近底盘的一端的端面，孔b的截面面积大于孔a的截面面积，内杆远离刷头的一端经孔a承插进孔b内，内杆承插进孔b内的一端的表面具有凸块；孔a的截面形状与内杆的截面形状相匹配。

采用上述进一步的有益效果为：可以确保内杆在外杆内稳定运行，且不会脱离外杆。

附图说明

图1为本发明所述管道内壁除锈机器人局部剖的结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本发明所述机体与行走机构的组装图；

图4为本发明所述管道内壁除锈机器人的部分结构图；

图5为图4的局部放大图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、机体，2、除锈机构，210、伸缩组件，211、弹性件，212、外杆，2121、孔a，2122、孔b，2123、孔c，213、内杆，2131、凸块，214、牵引绳，215、牵引组件，220、刷头，230、底盘，3、除尘机构，310、吸尘管，320、吸尘组件，4、喷漆机构，410、驱动电机，420、传动链，430、旋转接头，431、球头a，4311、流道a，4312、流道b，432、球头座，4321、流道c，4322、流道d，440、供漆组件，450、喷漆管，5、行走机构，510、安装架，520、驱动轮，530、铰接组件，540、电推杆a，550、驱动机构，560、从动轮，570、履带。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1、图2、图3所示，一种管道内壁除锈机器人，包括机体1、除锈机构2、除尘机构3、喷漆机构4和行走机构5，其中，除锈机构2、除尘机构3、喷漆机构4和行走机构5分别设置于机体1上，行走机构5用于驱动由机体1、除锈机构2、除尘机构3和喷漆机构4所构成的整体在管道内移动，管道内壁除锈机器人还包括控制模块，控制模块分别与行走机构5、除锈机构2、除尘机构3和喷漆机构4电连接，即控制模块可分别控制行走机构5、除锈机构2、除尘机构3和喷漆机构4动作。

实施例2

如图1、图2、图3所示，本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

机体1上所设行走机构5的数量至少为三个；行走机构5包括安装架510、驱动轮520、铰接组件530、电推杆a540和驱动机构550，安装架510的一端通过铰接组件530与机体1相连，通常情况下，铰接组件530可以是合页；驱动机构550设置于安装架510上；驱动轮520与驱动机构550相连接，并通过驱动机构550驱使的进行旋转；电推杆a540的一端与机体1转动连接，电推杆a540的另一端与安装架510的中部或安装架510远离铰接组件530的一端转动连接，通过电推杆a540的伸缩运动改变安装架510与机体1之间的夹角，以调节驱动轮520与管道内壁的接触面积；电推杆a540和驱动机构550分别与控制模块电连接。

实施例3

如图1、图2、图3所示，本实施例为在实施例2的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

行走机构5还包括从动轮560和履带570，安装架510上在预设位置转动设有多个从动轮560，履带570绕着驱动轮520和所有从动轮560，通过电推杆a540的伸缩运动改变安装架510与机体1之间的夹角，以调节履带570与管道内壁的接触面积；驱动机构550转动后将驱使驱动轮520进行旋转，驱动轮520则通过履带570带动所有从动轮560进行旋转，驱动机构550优选为轮毂电机。

安装架510包括两根横梁和至少两根腹板，两根横梁平行布置，而两根横梁之间通过至少两根腹板相连接，从动轮560通过转轴与横梁相连接，驱动机构550固定在横梁上，电推杆a540远离机体1的一端与腹板转动连接。

在本实施例中，机体1上所设行走机构5的数量至少为三个，且所有行走机构5等角度分布。

实施例4

如图1、图2、图3所示，本实施例为在实施例1～3任一实施例的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

喷漆机构4包括驱动电机410、传动链420、旋转接头430、供漆组件440和喷漆管450，旋转接头430包括球头a431和球头座432，球头a431转动设置于球头座432上，球头a431上设有流道a4311和流道b4312，球头座432上设有分别与流道a4311和流道b4312相连通的流道c4321和流道d4322，球头座432转动设置于机体1后端的壁面上，通常情况下，球头座432可以通过轴承转动设置于机体1后端的壁面上，驱动电机410设置于机体1内，驱动电机410的输出轴通过传动链420与球头座432相连，球头a431与机体1相固定，供漆组件440设置在机体1内，供漆组件440的出漆口与流道a4311相连通，喷漆管450布置于机体1后端的外侧，喷漆管450的一端与流道c4321相连，喷漆管450的另一端朝管道内壁方向弯折，喷漆管450的直线长度小于管道的半径；

传动链420可以为齿轮传动、皮带传动、链轮传动等；

除尘机构3包括吸尘管310和吸尘组件320，吸尘组件320设置于机体1内，吸尘组件320的吸尘口与流道b4312相连通，吸尘管310布置于机体1后端的外侧，吸尘管310的一端与流道d4322相连，吸尘管310的另一端朝管道内壁方向弯折，吸尘管310的直线长度小于管道的半径；

除锈机构2包括伸缩组件210和刷头220，伸缩组件210与喷漆管450和/或吸尘管310相连,刷头220与伸缩组件210相连，并通过伸缩组件210的伸缩运动以使刷头220与管道内壁相接触或脱离管道内壁。

驱动电机410、供漆组件440、吸尘组件320、伸缩组件210分别与控制模块电连接。

实施例5

如图1、图2、图3、图4所示，本实施例为在实施例4的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

除锈机构2还包括底盘230，底盘230与喷漆管450和/或吸尘管310相连，伸缩组件210设置在底盘230上。

实施例6

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实施例为在实施例4或5的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

伸缩组件210包括弹性件211、外杆212、内杆213、牵引绳214和牵引组件215，底盘230分别与喷漆管450和吸尘管310的弯折处相连，外杆212的一端与底盘230相连接，外杆212的另一端朝管道内壁方向延伸，外杆212内设有安装腔，内杆213的一端从外杆212远离底盘230的一端承插进外杆212的安装腔内，内杆213的另一端与刷头220相连接，内杆213承插进安装腔内的部分的截面形状为多边形，多边形可以为三边形、四边形、五边形等，安装腔的截面形状与内杆213的截面形状相匹配，弹性件211设置在内杆213与安装腔的腔底之间，牵引组件215分别与喷漆管450和吸尘管310相连，牵引绳214的一端与内杆213相连接，牵引绳214的另一端经弹性件211后穿出至外杆212外，且与牵引组件215相连，刷头220在外杆212、内杆213、弹性件211、牵引绳214和牵引组件215的共同作用下与管道内壁相接触或脱离管道内壁，牵引组件215与控制模块电连接。

喷漆管450的出漆口位于除锈机构2远离机体1的一侧，在机器人进行工作时，机器人于管道内朝前行走，其行进方向按照图1所示视角而言为向右，先除锈和吸尘，然后再对除锈的地方进行喷漆；吸尘管310的进气口优选位于除锈机构2远离机体1的一侧，且吸尘管310远离球头座432的一端具备多个进气口，多个进气口分布在吸尘管310的多个方位，可以提升除尘效率。

牵引组件215优选为电推杆，弹性件211优选为弹簧。

弹性件211、外杆212、内杆213和牵引绳214所构成的组合结构可以为多个，而所构成的组合结构共用同一牵引组件215，所构成的组合结构中每个外杆212均与一个刷头220相连接，这样可以提升除锈效率。刷头220上的刷毛可以是钢丝等。

实施例7

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实施例为在实施例6的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：

安装腔由依次相连的孔a2121、孔b2122和孔c2123构成，孔a2121远离孔b2122的一端贯穿外杆212远离底盘230的一端的端面，孔c2123远离孔b2122的一端贯穿外杆212靠近底盘230的一端的端面，孔b2122的截面面积大于孔a2121的截面面积，内杆213远离刷头220的一端经孔a2121承插进孔b2122内，内杆213承插进孔b2122内的一端的表面具有凸块2131，凸块2131的作用是避免内杆213经孔a2121脱离外杆212；孔a2121的截面形状与内杆213的截面形状相匹配。

在各实施例中，吸尘管310和喷漆管450均可以采用多段构成，各段之间采用螺纹或螺纹套相连接，以适应不同管径需求。控制模块内置在机体1内，机体1内还内置有电源，用于为整个机器人提供电源。而对于加料和卸料，机体1上对应位置开始相应的仓门。

当然为了方便采集管道内的图像，可以在机体1上安装多个摄像头，或者，在底盘230、喷漆管450或吸尘管310上安装摄像头，利用旋转作用，调整摄像头的采集视角，摄像头与控制模块电连接，从而以便将采集的数据通过控制模块传输至操控者的终端设备上。控制模块包含PLC控制器和无线通讯单元，无线通讯单元用于负责建立PLC控制器与终端设备之间的数据交互，而PLC控制器则用于控制除锈机构2、除尘机构3、喷漆机构4和行走机构5。

运行原理如下：

控制模块控制电推杆a540启动，通过电推杆a540的伸缩运动改变安装架510与机体1之间的夹角，以让履带570与管道内壁接触，然后再启动驱动机构550，以驱使驱动轮520旋转，从而让从动轮560和履带570跟随转动，以实现机器人在管道内行走；

对于除锈：

控制模块控制驱动电机410启动，驱动电机410则通过传动链420带动球头座432转动，待球头座432转动后，喷漆管450和吸尘管310将跟随球头座432转动，再进一步的带动伸缩组件210转动，控制模块控制伸缩组件210启动，伸缩组件210进行伸缩运动从而驱使刷头220与管道内壁接触，再配合旋转作用，实现除锈；

伸缩组件210进行伸缩运动的原理如下：

控制模块控制牵引组件215启动，牵引组件215为电推杆，牵引组件215收缩，然后通过牵引绳214将外杆212往内杆213内拉，使得外杆212外伸长度缩短；

当外杆212外伸长度需要变长时，牵引组件215伸长，弹性件211将会推动外杆212往内杆213外伸，从而实现变长；

对于喷漆：

控制模块控制驱动电机410启动，驱动电机410则通过传动链420带动球头座432转动，待球头座432转动后，喷漆管450将跟随球头座432转动，控制模块控制供漆组件440启动，供漆组件440将漆供入至流道a4311内，进入到流道a4311内的漆再经由流道c4321进入到喷漆管450内，最后由喷漆管450喷出，实现喷漆；

对于除尘：

控制模块控制驱动电机410启动，驱动电机410则通过传动链420带动球头座432转动，待球头座432转动后，吸尘管310将跟随球头座432转动，控制模块控制吸尘组件320启动，吸尘组件320抽气，从而带动气体从吸尘管310、流道d4322、流道b4312进入至吸尘组件320内，实现除尘，由于吸尘管310也可以旋转，因此可以提升除尘效果，另外，吸尘管310在旋转过程中可以更彻底的将除锈机构2所清理下的铁锈吸走，加快效率。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，包括机体(1)以及设置于所述机体(1)上的除锈机构(2)、除尘机构(3)、喷漆机构(4)和行走机构(5)；还包括分别与所述行走机构(5)、所述除锈机构(2)、所述除尘机构(3)和所述喷漆机构(4)电连接的控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述机体(1)上所设行走机构(5)的数量至少为三个；所述行走机构(5)包括安装架(510)、驱动轮(520)、铰接组件(530)、电推杆a(540)和驱动机构(550)，所述安装架(510)的一端通过铰接组件(530)与所述机体(1)相连；所述驱动机构(550)设置于所述安装架(510)上；所述驱动轮(520)与所述驱动机构(550)相连接，并通过所述驱动机构(550)驱使的进行旋转；所述电推杆a(540)的一端与所述机体(1)转动连接，所述电推杆a(540)的另一端与所述安装架(510)的中部或所述安装架(510)远离铰接组件(530)的一端转动连接，通过所述电推杆a(540)的伸缩运动改变所述安装架(510)与所述机体(1)之间的夹角，以调节所述驱动轮(520)与管道内壁的接触面积。

3.根据权利要求2所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述行走机构(5)还包括从动轮(560)和履带(570)，所述安装架(510)上在预设位置转动设有多个所述从动轮(560)，所述履带(570)绕着所述驱动轮(520)和所有从动轮(560)，通过所述电推杆a(540)的伸缩运动改变所述安装架(510)与所述机体(1)之间的夹角，以调节所述履带(570)与管道内壁的接触面积。

4.根据权利要求2或3所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述驱动机构(550)为轮毂电机。

5.根据权利要求1所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述喷漆机构(4)包括驱动电机(410)、传动链(420)、旋转接头(430)、供漆组件(440)和喷漆管(450)，所述旋转接头(430)包括球头a(431)和球头座(432)，所述球头a(431)转动设置于所述球头座(432)上，所述球头a(431)上设有流道a(4311)，所述球头座(432)上设有与所述流道a(4311)相连通的流道c(4321)，所述球头座(432)转动设置于所述机体(1)后端的壁面上，所述驱动电机(410)设置于所述机体(1)内，所述驱动电机(410)的输出轴通过传动链(420)与所述球头座(432)相连，所述球头a(431)与所述机体(1)相固定，所述供漆组件(440)设置在所述机体(1)内，所述供漆组件(440)的出漆口与所述流道a(4311)相连通，所述喷漆管(450)布置于所述机体(1)后端的外侧，所述喷漆管(450)的一端与所述流道c(4321)相连，所述喷漆管(450)的另一端朝管道内壁方向弯折，所述喷漆管(450)的直线长度小于管道的半径。

6.根据权利要求5所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述球头a(431)上设有流道b(4312)，所述球头座(432)上设有与所述流道b(4312)相连通的流道d(4322)；所述除尘机构(3)包括吸尘管(310)和吸尘组件(320)，所述吸尘组件(320)设置于所述机体(1)内，所述吸尘组件(320)的吸尘口与所述流道b(4312)相连通，所述吸尘管(310)布置于所述机体(1)后端的外侧，所述吸尘管(310)的一端与所述流道d(4322)相连，所述吸尘管(310)的另一端朝管道内壁方向弯折，所述吸尘管(310)的直线长度小于管道的半径。

7.根据权利要求6所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述除锈机构(2)包括伸缩组件(210)和刷头(220)，所述伸缩组件(210)与所述喷漆管(450)和/或所述吸尘管(310)相连,所述刷头(220)与所述伸缩组件(210)相连，并通过伸缩组件(210)的伸缩运动以使刷头(220)与管道内壁相接触或脱离管道内壁。

8.根据权利要求7所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述除锈机构(2)还包括底盘(230)，所述底盘(230)与所述喷漆管(450)和/或所述吸尘管(310)相连，所述伸缩组件(210)设置在所述底盘(230)上。

9.根据权利要求8所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述伸缩组件(210)包括弹性件(211)、外杆(212)、内杆(213)、牵引绳(214)和牵引组件(215)，所述底盘(230)分别与所述喷漆管(450)和所述吸尘管(310)的弯折处相连，所述外杆(212)的一端与所述底盘(230)相连接，所述外杆(212)的另一端朝管道内壁方向延伸，所述外杆(212)内设有安装腔，所述内杆(213)的一端从所述外杆(212)远离底盘(230)的一端承插进外杆(212)的安装腔内，所述内杆(213)的另一端与所述刷头(220)相连接，所述内杆(213)承插进安装腔内的部分的截面形状为多边形，所述安装腔的截面形状与所述内杆(213)的截面形状相匹配，所述弹性件(211)设置在所述内杆(213)与所述安装腔的腔底之间，所述牵引组件(215)分别与所述喷漆管(450)和所述吸尘管(310)相连，所述牵引绳(214)的一端与所述内杆(213)相连接，所述牵引绳(214)的另一端经所述弹性件(211)后穿出至所述外杆(212)外，且与所述牵引组件(215)相连，所述刷头(220)在所述外杆(212)、所述内杆(213)、所述弹性件(211)、所述牵引绳(214)和所述牵引组件(215)的共同作用下与管道内壁相接触或脱离管道内壁。

10.根据权利要求9所述的一种管道内壁除锈机器人，其特征在于，所述牵引组件(215)为电推杆；所述弹性件(211)为弹簧。

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