一种K形管道机器人

摘要

本发明公开了一种K形管道机器人，包括驱动装置、转向装置、两个伸缩装置、两个支撑臂、两个从动轮；所述驱动装置上固定支撑底板，支撑底板上安装转向装置，转向装置的旋转动力输出端连接旋转座，旋转座上固定连接板；两个支撑臂的一端可旋转地设置在连接板表面，另一端分别安装两个从动轮，两个支撑臂关于旋转座中心轴线对称布置，两个支撑臂之间的夹角角度大小可调节；两个伸缩装置分别位于两个支撑臂外侧，两个伸缩装置的底端固定在旋转座或连接板上；两个伸缩装置的顶端分别连接两个支撑臂的上部；两个从动轮在伸缩装置作用下实现与管道内壁面的贴合和分离。本发明提供的管道机器人具有优越的过弯能力和越障能力。

权利要求

1.一种K形管道机器人，其特征在于，包括驱动装置、转向装置、两个伸缩装置、两个支撑臂、两个从动轮；

所述驱动装置上固定支撑底板，支撑底板上安装转向装置，转向装置的旋转动力输出端连接旋转座，旋转座上固定连接板；两个支撑臂的底端可旋转地设置在连接板上，顶端分别安装一个从动轮，两个支撑臂关于旋转座中心轴线对称布置，两个支撑臂之间的夹角角度大小可调节；所述转向装置旋转带动支撑臂旋转，进而调节从动轮相对于管道中心轴线的角度，角度可调范围为-90°≤θ≤90°；两个伸缩装置分别位于两个支撑臂外侧，两个伸缩装置的底端固定在旋转座或连接板上；两个伸缩装置的顶端分别连接两个支撑臂的上部；

两个从动轮在伸缩装置作用下实现与管道内壁面的贴合和分离。

2.如权利要求1所述的K形管道机器人，其特征在于，两个支撑臂的底端通过转动副与连接板连接，或者两个支撑臂的底端分别通过铰接件与连接板连接。

3.如权利要求1所述的K形管道机器人，其特征在于，两个伸缩装置的顶端分别通过转动副与第一支撑臂和第二支撑臂连接。

4.如权利要求1所述的K形管道机器人，其特征在于，所述驱动装置为轮式或者履带式行走机构，驱动装置与支撑底板之间螺钉连接。

5.如权利要求1所述的K形管道机器人，其特征在于，所述转向装置为电机或者旋转气缸。

6.如权利要求1所述的K形管道机器人，其特征在于，所述旋转座为圆柱形，连接板包括圆形板，圆形板左右两侧边缘设置有向外凸出的凸块，两个凸块关于圆形板的圆心对称，凸块上开设有凹槽，凸块与圆形板一体成型；圆形板通过螺钉固定在旋转座上面，两个伸缩装置的底端分别设置在两个凸块的凹槽内且相对于连接板可转动。

7.如权利要求6所述的K形管道机器人，其特征在于，两个支撑臂上部靠近从动轮的位置设置有分支臂，分支臂顶端与伸缩装置顶端铰接。

8.如权利要求1-7任意一项所述的K形管道机器人，其特征在于，还包括外接电源和控制器，电源为整个机器人装置供电，控制器同时与驱动装置、伸缩装置和转向装置连接。

说明书

一种K形管道机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及管道机器人技术领域，具体涉及一种K形管道机器人。

背景技术

[0002] 管道广泛应用于给水、排水、石油、天然气、化工等领域，其中，油气管道作为一种重要的油气资源的输送工具，由于其输送介质的特殊性和管道周围环境的复杂性，管道容易出现腐蚀、裂纹、疲劳破坏等失效，在油气输送过程中一旦发生事故，必将给国家和社会造成了严重经济损失，给人民生活带来严重威胁，对环境造成严重污染。目前，我国油气管道连接东西南北和海内外，极大地推动了我国经济的发展。随着管网建设的不断发展和完善，安全隐患也随之产生，尤其在2013年“11·22”青岛输油管道爆炸事件发生后，更是引起了大家对管网安全的广泛关注和高度重视，由此可见，对管道进行定期检测和维护意义重大。

[0003] 由于管道空间有限，周围环境复杂、恶劣，常采用低效率、高成本的人工开挖的方式进行管道检测和维护，这种检测方式极其容易引起管道的二次受损。因此，有科研机构和公司研发了多种管道检测机器人代替人工进行管道的检测。目前，管道的结构主要由水平管、L形管、T形管组成，管道机器人的驱动形式主要有管道猪、轮式、履带式、支撑式、蠕动式、螺旋式、蛇形，任何一种管道机器人，过弯能力和越障能力都是机器人在管内进行正常检测的关键和核心。现有管道检测机器人在管内进行检测时，常出现倾翻、卡堵等问题影响机器人对管道的检测，这便是其过弯能力和越障能力差所致。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术中存在的管道机器人在管内运行时过弯能力和越障能力差的问题，本发明提供了一种过弯能力和越障能力优越的K形管道机器人。

[0005] 为了实现本发明这些目的，本发明提供了一种K形管道机器人，该机器人包括驱动装置、转向装置、两个伸缩装置、两个支撑臂和两个从动轮。

[0006] 所述驱动装置上固定支撑底板，支撑底板上安装转向装置。转向装置的旋转动力输出端连接旋转座，旋转座上固定连接板；两个支撑臂的底端可旋转地设置在连接板表面，顶端分别安装一个从动轮。两个支撑臂关于旋转座中心轴线对称布置，两个支撑臂之间的夹角角度大小可调节。所述转向装置旋转带动支撑臂旋转，进而调节从动轮相对于管道中心轴线的角度，角度可调范围为-90°≤θ≤90°。两个伸缩装置分别位于两个支撑臂外侧，两个伸缩装置的底端固定在旋转座或连接板上；两个伸缩装置的顶端分别通过转动副与第一支撑臂和第二支撑臂的上部连接；两个从动轮在伸缩装置作用下实现与管道内壁面的贴合和分离。

[0007] 优选的是，两个支撑臂的底端通过转动副与连接板连接，或者两个支撑臂的底端分别通过铰接件与连接板连接。

[0008] 优选的是，所述驱动装置为轮式或者履带式行走机构，所述支撑底板为开口向下的U形板，U形板开口向下套设在行走机构上部外侧，并通过螺钉将U形板和行走机构固定连接。转向装置为电机或者旋转气缸。两个伸缩装置均为能够做直线伸缩运动的装置，例如双作用式直线运动气缸。

[0009] 优选的是，所述旋转座为圆柱形，连接板包括圆形板，圆形板左右两侧边缘设置有向外凸出的凸块，两个凸块关于圆形板的圆心对称，凸块上开设有凹槽，凸块与圆形板一体成型；圆形板通过螺钉固定在旋转座上面，两个伸缩装置的底端分别设置在两个凸块的凹槽，且相对于连接板可转动。两个支撑臂上部靠近从动轮的位置设置有分支臂，分支臂顶端与伸缩装置顶端铰接。

[0010] 优选的是，上述的K形管道机器人的结构组成还包括外接电源和控制器，电源为整个机器人装置供电。控制器同时与驱动装置、伸缩装置和转向装置连接。

[0011] 本发明的有益之处在于：

[0012] (1)结构简单：主要体现在所述机器人使用极少的零件通过螺钉固定和简单的转动副关系连接组成，组装维护方便，结构稳定可靠。

[0013] (2)过弯能力强：通过控制转向装置和伸缩装置，可以随时改变两个支撑臂和从动轮在管道内的姿态来实现管道机器人在由水平管、T形管和L形管组成的管道内正常运行。

[0014] (3)越障能力强：通过控制转向装置和驱动装置的运动速度，可以实现管道机器人在管内螺旋式运动和直线运动的结合，从而有效的避开障碍物前行，同时不影响对管道的检测。

附图说明

[0015] 图1为K形管道机器人在管道内结构示意图。

[0016] 图2为另一实施例中K形管道机器人在管道内结构示意图。

[0017] 图3为K形管道机器人准备通过T形管道时状态示意图。

[0018] 图4为K形管道机器人通过T形管道时状态示意图。

[0019] 图5为K形管道机器人越障时状态示意图。

[0020] 图中标号：

[0021] 1-驱动装置、2-支撑底板、3-转向装置、4-旋转座、51-第一伸缩装置、52-第二伸缩装置、6-连接板、61-圆形板、62-凸块、63-凹槽、71-第一支撑臂、72-第二支撑臂、81-第一从动轮、82-第二从动轮、9-管道、10-障碍物、11-转动副。

具体实施方式

[0022] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0023] 如图1所示，本发明提供了一种K形管道机器人，该机器人包括驱动装置1、转向装置3、两个伸缩装置(第一伸缩装置51和第二伸缩装置52)、两个支撑臂(第一支撑臂71和第二支撑臂72)、两个从动轮(第一从动轮81和第二从动轮82)。

[0024] 所述驱动装置为轮式或者履带式行走机构。驱动装置上固定支撑底板2。支撑底板为开口向下的U形板，U形板开口向下套设在行走机构上部外侧，并通过螺钉将U形板的侧壁和行走机构固定连接。U形板顶部的水平台上固定转向装置。转向装置为电机或者旋转气缸。转向装置上部的旋转动力输出端固定连接圆柱形的旋转座4，旋转座上固定连接板6。两个支撑臂的底端可旋转地设置在连接板表面，支撑臂顶端分别安装一个从动轮。两个支撑臂的底端通过转动副与连接板连接，或者两个支撑臂的底端分别通过铰接件与连接板连接。两个支撑臂关于旋转座中心轴线对称布置，两个支撑臂之间的夹角角度大小可调节。所述转向装置旋转带动支撑臂旋转，进而调节从动轮相对于管道中心轴线的角度，角度可调范围为-90°≤θ≤90°。两个伸缩装置均为双作用式直线运动气缸。两个伸缩装置分别位于两个支撑臂外侧，两个伸缩装置的底端分别固定在旋转座4的左右侧壁面上。两个伸缩装置的顶端分别通过转动副与第一支撑臂和第二支撑臂的上部连接。两个从动轮在伸缩装置作用下实现与管道内壁面的贴合和分离。第一支撑臂71和第一从动轮81，第二支撑臂72和第二从动轮82组成支撑机构，该支撑机构沿所述旋转座4中心轴线前后对称布置。

[0025] 如图2所示，在另一实施例中，两个支撑臂的底端通过转动副11与连接板连接。两个伸缩装置的底端固定在连接板6左右两端。所述连接板6的具体结构为：连接板6包括圆形板61，圆形板左右两侧边缘分别设置向外凸出的凸块62，两个凸块关于圆形板圆心对称。凸块上开设有凹槽63，凸块与圆形板一体成型。圆形板通过螺钉固定在旋转座上表面。两个伸缩装置的底端分别设置在两个凸块的凹槽内，并且以相对于连接板可旋转的方式连接。两个支撑臂上部靠近从动轮的位置设置有分支臂，分支臂顶端与伸缩装置顶端铰接。该K形管道机器人的结构组成还包括外接电源(未示出)、控制器(未示出)。电源为整个机器人装置供电。控制器同时与驱动装置、伸缩装置和转向装置连接。

[0026] 本发明的K形管道机器人的工作原理如下：将K形管道机器人放入管道9内，通过外接线缆(未图示)为驱动装置1传递电源和控制信号，通过驱动装置1的运动带动整个K形管道机器人的运动，通过控制转向装置3来调节支撑机构的旋转角度，即调节从动轮8相对于管道9的中心轴线的角度，角度可调范围为-90°≤θ≤90°，通过控制伸缩装置5的伸缩状态来调节支撑臂7的角度状态，从而调节安装在支撑臂7上的从动轮8与管道9的内壁的贴合状态。

[0027] 如图3和图4所示，机器人通过T形管道9时，其工作过程如下：给驱动装置1接通电源，施加控制信号，当驱动装置1运动到接近T形管道9时，通过控制转向装置3调节从动轮8相对于管道中心轴线为一定角度，可以使得K形管道机器人螺旋前进，然后根据驱动装置1在管道内姿态调节驱动装置1的驱动速度，当驱动装置1运动到T形管道9的转弯口一侧时，将转向装置3的转向角度调节到0°，可使管道机器人直线前进，当驱动装置1头部的1/3左右伸过转弯口时，开始控制伸缩装置的行程，使前方的第一伸缩装置51收回，后方的第二伸缩装置52顶出，K形管道机器人将开始通过T形管道9，再将第一伸缩装置51顶出使第一从动轮81与T形管9接触，当K形管道机器人顺利通过T形管道9时，保持第一伸缩装置51和第二伸缩装置52顶出，使第一从动轮81和第二从动轮82与管道紧密贴合，从而实现了K形管道机器人通过T形管道9。

[0028] 如图5所示，在管道内存在障碍物10时，机器人的工作过程如下：给驱动装置1接通电源，施加控制信号，当K形管道机器人检测到管内存在障碍物10时，通过控制转向装置3调节两个从动轮相对于管道中心线为一定角度，使K形管道机器人保持螺旋前进，同时根据K形管道机器人在管道9内的姿态，调节驱动装置1的运动速度，使K形管道机器人驱动装置1和两个从动轮避开障碍，从而整个K形管道机器人实现了避开障碍物10前行。

[0029] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。