CN107831117A - 自适应管径管道爬行机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的是自适应管径管道爬行机器人，这种自适应管径管道爬行机器人的机体由控制箱一端安装拍摄架，另一端安装驱动架构成，控制箱与驱动架构成驱动体，驱动体的周向均匀设置三个爬行机构；驱动框设置在固定框与底板之间，丝杠与驱动框螺纹连接，丝杠的一端连接驱动电机，丝杠的另一端与底板通过轴承连接，驱动框周向均匀设置三个弹簧驱动臂；爬行机构的主动轮、从动轮安装在轮框中前、后两端，爬行电机通过传动齿轮连接主动轮，轮框的前端通过一对连杆与控制箱铰接，该对连杆与相应的弹簧驱动臂铰接，轮框的后端通过一对连杆与固定框铰接；控制箱内安装控制器、无线传输装置，无线传输装置连接计算机。本发明为三脚支撑形式,机械稳定性好。

Description

自适应管径管道爬行机器人
一、技术领域：
本发明涉及的是管道内部检测装置，具体涉及的是自适应管径管道爬行机器人。
二、背景技术：
管道内部检测装置用于工业管道内部焊缝、腐蚀、堵塞、差异、异物等情况的检测，可在不拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损检测。现有管道检测爬行器一般包括底座、车轮、摄像头，车轮安装在底座下，摄像头安装在底座上，但这种管道检测爬行器在车轮经过障碍物时，会产生前倾或后倾现象，影响爬行器承载的摄像头持续稳定工作。
三、发明内容：
本发明的目的是提供一种自适应管径管道爬行机器人，这种自适应管径管道爬行机器人用于解决现有管道检测爬行器不能持续稳定工作的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种自适应管径管道爬行机器人包括机体，机体由控制箱的一端安装拍摄架，控制箱的另一端安装驱动架构成，控制箱与驱动架构成驱动体，驱动体的周向均匀设置三个爬行机构；驱动架由支撑光轴的末端安装在底板上构成，支撑光轴的首端固定在控制箱上，固定框固定安装在支撑光轴上，驱动框设置在固定框与底板之间，丝杠与驱动框中心的螺纹筒螺纹连接，丝杠的一端连接驱动电机，丝杠的另一端与底板通过轴承连接，驱动框周向均匀设置三个弹簧驱动臂；爬行机构包括主动轮、从动轮、爬行电机，主动轮、从动轮安装在轮框中前、后两端，爬行电机通过传动齿轮连接主动轮，轮框的前端通过一对连杆与控制箱铰接，该对连杆与相应的弹簧驱动臂铰接，轮框的后端通过一对连杆与固定框铰接；控制箱内安装有控制器、无线传输装置，无线传输装置连接计算机。
上述方案中拍摄架由三根拍摄光轴的前端固定在顶板上构成，三根拍摄光轴的另一端安装在控制箱上，三根拍摄光轴的连线形成等边三角形，拍摄旋转电机安装在控制箱的前端，旋转轴连接拍摄旋转电机；支撑光轴有三根，三根支撑光轴的连线形成等边三角形，固定框、驱动框各有一边与一个爬行机构相对应，拍摄架、控制箱、驱动架共同构成三脚支撑式的机体。
上述方案中每个弹簧驱动臂均通过一个套筒与驱动框转动连接，该套筒套装在驱动框上，弹簧驱动臂与该套筒固定连接；弹簧驱动臂另一端通过T型连接件与所述轮框前端的一对连杆连接，T型连接件通过小轴铰接在该对连杆中间，弹簧驱动臂有外螺纹，T型连接件与弹簧驱动臂螺纹连接；驱动架上部设置张紧限位器，驱动架下部设置收缩限位器。驱动架、弹簧驱动臂、驱动框、T型连接件、张紧限位器、收缩限位器共同构成张紧收缩机构。
上述方案中轮框前端的一对连杆通过连接耳与控制箱铰接，连接耳设置在控制箱外壁上；轮框后端的一对连杆也通过连接耳与固定框铰接，连接耳设置在固定框外侧。
有益效果：
1、本发明的机体为三脚支撑形式，承载所有机器人主体部件，同时具备张紧调节，以保证机器人在管道内壁固定，使用类似履带行走方式，主动行走，机械稳定性好；本发明用于检测时，将旋转拍摄机构安装于拍摄架上，当经过障碍物时，相应的爬行机构的主动轮或从动轮与连杆会产生适应性变化，旋转拍摄机构中的照相机仍然保持原工作状态，不影响照相机的工作，能确保持续稳定工作。
2、本发明可轴向行进及径向旋转，用于检测时，可进行照相机与管径之间距离调节。
四、附图说明：
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的后视图；
图3是本发明的左视图；
图4是本发明的右视图；
图5是本发明的俯视图；
图6是本发明的立体图。
1拍摄架 2控制箱 3驱动架 4支撑光轴 5底板 6固定框 7驱动框 8丝杠 9驱动电机 10弹簧驱动臂 11张紧限位器 12收缩限位器 13拍摄旋转电机 14拍摄光轴 15主动轮16从动轮 17轮框 18连杆 19套筒 20 T型连接件 21旋转拍摄机构 22旋转轴 23照相机。
五、具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
结合图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，这种自适应管径管道爬行机器人包括机体，机体由控制箱2的一端安装拍摄架1，控制箱2的另一端安装驱动架3构成，控制箱2与驱动架3构成驱动体，驱动体的周向均匀设置三个爬行机构；驱动架3由支撑光轴4的末端安装在底板5上构成，支撑光轴4的首端固定在控制箱2上，固定框6固定安装在支撑光轴4上，驱动框7设置在固定框6与底板5之间，丝杠8与驱动框7中心的螺纹筒螺纹连接，丝杠8的一端连接驱动电机9，丝杠8的另一端与底板5通过轴承连接，驱动框7周向均匀设置三个弹簧驱动臂10；控制箱2内安装有控制器、无线传输装置，无线传输装置连接计算机，计算机发出的命令通过无线传输装置，传输给控制器，控制器控制上述各电机的运转。为保证无障碍传输，远程控制处理***内嵌实时图像网络传输服务功能，数据接收端（远程控制处理***）处于实时信号侦听状态，能够自动侦听现场是否有新数据发送，并自动启动接收程序。
控制器采用单片机为处理器。控制处理包括步进行走电机的驱动控制、内壁贴合的状态反馈等功能。
拍摄架1由三根拍摄光轴14的前端固定在顶板上构成，三根拍摄光轴14的另一端安装在控制箱2上，三根拍摄光轴14的连线形成等边三角形，拍摄旋转电机13安装在控制箱2的前端，旋转轴22连接拍摄旋转电机13；支撑光轴4有三根，三根支撑光轴4的连线形成等边三角形，固定框6、驱动框7各有一边与一个爬行机构相对应，拍摄架1、控制箱2、驱动架3共同构成三脚支撑式的机体，以满足机器人有效、稳定的在管道内进行走。
爬行机构包括主动轮15、从动轮16、爬行电机，主动轮15、从动轮16安装在轮框17中前、后两端，爬行电机通过传动齿轮连接主动轮15，轮框17的前端通过一对连杆18与控制箱2铰接，该对连杆18与相应的弹簧驱动臂10铰接，轮框17的后端通过一对连杆18与固定框6铰接，当连杆18运动时，减少了对控制箱2、固定框6的影响，机体的稳定性更好；轮框17前端的一对连杆18通过连接耳与控制箱2铰接，连接耳设置在控制箱2外壁上，轮框17前端经过障碍物时，可进行相适应的倾斜，但不影响本发明机体的状态；轮框17后端的一对连杆18也通过连接耳与固定框6铰接，连接耳设置在固定框6外侧，轮框17后端经过障碍物时，可进行相适应的倾斜，同样不影响本发明机体的状态。
为提高本发明运动的稳定性与可靠性，采用三台步进电机驱动爬行机构，在目标管道等分三个顶点进行贴合，在爬行机构设立贴合检测开关(在主动轮15或从动轮16设置传感器，传感器与计算机通过无线传输装置连接)。机器人进入管道后，通过计算机远程控制处理***进行手动张紧调节，当三只爬行机构完全紧贴管壁时，张紧调节自动结束。做业结束机器人离开管道时，通过计算机远程控制处理***手动松开机器***簧驱动臂10。
本发明中每个弹簧驱动臂10均通过一个套筒19与驱动框7转动连接，该套筒19套装在驱动框7上，弹簧驱动臂10与该套筒19固定连接，弹簧驱动臂10运动时，通过套筒19相对于驱动框7的自由转动，减少了对驱动框7的影响，进一步保证机体的稳定性；弹簧驱动臂10另一端通过T型连接件20与所述轮框前端的一对连杆18连接，T型连接件20通过小轴铰接在该对连杆18中间，弹簧驱动臂10有外螺纹，T型连接件20与弹簧驱动臂10螺纹连接。驱动架3上部设置张紧限位器11，驱动架3下部设置收缩限位器12。驱动架3、弹簧驱动臂10、驱动框7、T型连接件20、张紧限位器11、收缩限位器12共同构成张紧收缩机构。
为满足本发明能够适应做业时的携带性与移动，同时考虑对整体能耗的降低，对材质进行研究，选取铝合金作为整体机械结构的材质，其优点在于铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好。
本发明工作时，首先将本发明提供的爬行机器人放进管道内部，用挠性连接件把机器人连接到对口器的末端，然后接通电源通过计算机控制机器人的动作。
本发明用于检测时，需要将配合使用的旋转拍摄机构21安装于拍摄架1上，旋转拍摄机构21连接旋转轴22，旋转拍摄机构21的照相机23连接计算机；焊缝检测时，操作人员通过计算机控制机器人的爬行机构和张进收缩机构把管道机器人移动到待检测的焊缝位置，控制旋转拍摄机构21自动拍照并保存图片，照相机23将拍摄的图像信号传输到计算机远程处理控制***中，在计算机远程处理控制***中直接显示焊缝图像，根据保存的焊缝照片检测焊缝的焊接质量。能实现边采集、边传输，图像信息传输过程能实现数据的压缩/解压缩、断点续传等功能；提供无线传输方式，无线传输支持传输距离100米以上，带宽150Mbps以上。

Claims (4)

1.一种自适应管径管道爬行机器人，其特征在于：这种自适应管径管道爬行机器人包括机体，机体由控制箱（2）的一端安装拍摄架（1），控制箱（2）的另一端安装驱动架（3）构成，控制箱（2）与驱动架（3）构成驱动体，驱动体的周向均匀设置三个爬行机构；驱动架（3）由支撑光轴（4）的末端安装在底板（5）上构成，支撑光轴（4）的首端固定在控制箱（2）上，固定框（6）固定安装在支撑光轴（4）上，驱动框（7）设置在固定框（6）与底板（5）之间，丝杠（8）与驱动框（7）中心的螺纹筒螺纹连接，丝杠（8）的一端连接驱动电机（9），丝杠（8）的另一端与底板（5）通过轴承连接，驱动框（7）周向均匀设置三个弹簧驱动臂（10）；爬行机构包括主动轮（15）、从动轮（16）、爬行电机，主动轮（15）、从动轮（16）安装在轮框（17）中前、后两端，爬行电机通过传动齿轮连接主动轮（15），轮框（17）的前端通过一对连杆（18）与控制箱（2）铰接，该对连杆（18）与相应的弹簧驱动臂（10）铰接，轮框（17）的后端通过一对连杆（18）与固定框（6）铰接；控制箱（2）内安装有控制器、无线传输装置，无线传输装置连接计算机。
2.根据权利要求1所述的自适应管径管道爬行机器人，其特征在于：所述的拍摄架（1）由三根拍摄光轴（14）的前端固定在顶板上构成，三根拍摄光轴（14）的另一端安装在控制箱（2）上，三根拍摄光轴（14）的连线形成等边三角形，拍摄旋转电机（13）安装在控制箱（2）的前端，旋转轴（22）连接拍摄旋转电机（13）；支撑光轴（4）有三根，三根支撑光轴（4）的连线形成等边三角形，固定框（6）、驱动框（7）各有一边与一个爬行机构相对应，拍摄架（1）、控制箱（2）、驱动架（3）共同构成三脚支撑式的机体。
3.根据权利要求2所述的自适应管径管道爬行机器人，其特征在于：所述的每个弹簧驱动臂（10）均通过一个套筒（19）与驱动框（7）转动连接，该套筒（19）套装在驱动框（7）上，弹簧驱动臂（10）与该套筒（19）固定连接；弹簧驱动臂（10）另一端通过T型连接件（20）与所述轮框（17）前端的一对连杆（18）连接，T型连接件（20）通过小轴铰接在该对连杆（18）中间，弹簧驱动臂（10）有外螺纹，T型连接件（20）与弹簧驱动臂（10）螺纹连接；驱动架（3）上部设置张紧限位器（11），驱动架（3）下部设置收缩限位器（12）；驱动架（3）、弹簧驱动臂（10）、驱动框（7）、T型连接件（20）、张紧限位器（11）、收缩限位器（12）共同构成张紧收缩机构。
4.根据权利要求2或3所述的自适应管径管道爬行机器人，其特征在于：所述的轮框（17）前端的一对连杆（18）通过连接耳与控制箱（2）铰接，连接耳设置在控制箱（2）外壁上；轮框（17）后端的一对连杆（18）也通过连接耳与固定框（6）铰接，连接耳设置在固定框（6）外侧。
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