CN110594525A - 一种管道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

一种管道巡检机器人，其主要包括：盖板支柱，清理电机，行走电机，支撑臂，三角板，滚珠丝杆，连接螺栓，提升板等零件。本发明采用滚轮移动式的方式，采用电力驱动，通过滚珠丝杆驱动提升板向上或向下移动，使所述第一提升板或所述第二提升板的移动带动所述支撑臂向上提升收拢至贴近所述滚珠丝杆或者向下垂落张开至远离所述滚珠丝杆，由此，本发明能够根据管道尺寸相应的控制支撑臂端部的滚轮，使其保持与管道内壁的紧密抵接，使其能够通过滚轮的抵接作用维持管道巡检机器人在管道中的位置，实现对管道巡检机器人上下运行的驱动和控制。由此，本发明使得管道巡检机器人即保持了一定管道通过性也能够具有一定的速度。

Description

一种管道巡检机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体而言涉及一种管道巡检机器人。

背景技术

管道老化所出现的破裂、堵塞等需要定期进行维护。由于管道内径以及内部、外部环境的限制，通常必须依赖于管道机器人进行巡检、维护。但是，由于管道尺寸和设置环境多样，为每一尺寸、每一类型管道分别针对其巡检需求设计不同的管道机器人是不现实的。

目前管道机器人的行走方式有：蠕动式移动，履带式移动，滚轮式移动，腿式移动，活塞式移动等。但是这几种行走方式各有其欠缺。一方面，上述驱动方式需要根据管道内径尺寸设计相应的结构，难以以统一的结构设计适应复杂多变的管道结构；另一方面，现有的驱动方式很多无法适应垂直升降的管道，本身无法实现垂直方向的升降控制，需要借助外力，操作繁琐，局限性大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种管道巡检机器人，本发明管道巡检机器人，其对机器人结构进行优化，利用电力驱动滚轮移动，通过选择较小的车轮半径，以提高机器人的通过性、通过速度以及垂直移动能力。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种管道巡检机器人，其包括：滚珠丝杆，设置于所述管道巡检机器人的中部位置，其连接有第一丝杆螺母和第二丝杆螺母，其中，第一丝杆螺母位于所述滚珠丝杆的下部，第二丝杆螺母位于所述滚珠丝杆的上部；第一盖板，其中心设置有第一丝杆通过孔，所述滚珠丝杆的底端穿过所述第一丝杆通过孔，可旋转的连接所述第一盖板；第一提升板，其设置在所述第一盖板以上，与所述第一丝杆螺母固定连接，包围所述第一丝杆螺母的周向外壁；第二盖板，设置在所述第一提升板以上，其中心设置有第二丝杆通过孔，所述滚珠丝杆的中部穿过所述第二丝杆通过孔，可旋转的连接所述第二盖板；第二提升板，其设置在所述第二盖板以上，与所述第二丝杆螺母固定连接，包围所述第二丝杆螺母的周向外壁；

支撑臂，包括有多个，所述每一个支撑臂的连接端分别连接所述第一盖板或第二盖板的边缘，所述各支撑臂分别以其所连接的边缘为转轴沿所述述第一盖板或第二盖板的径向张开或收拢，所述每一个支撑臂的抵接端还分别设置有行走电机；滚轮，包括多个，所述各滚轮分别连接所述各支撑臂的抵接端所设置的行走电机的电机轴，由所述行走电机的电机轴驱动而抵接管道的内壁旋转，驱动所述管道巡检机器人行走；三角板，其中心连接所述滚珠丝杆的顶端；驱动机构，设置在所述第一盖板的底部或设置在所述三角板的顶部，所述驱动机构连接所述滚珠丝杆的底端或顶端，驱动所述滚珠丝杆旋转以推动所述第一提升板和第二提升板沿所述滚珠丝杆向上或向下移动；撑杆，包括有多个，所述各撑杆，其一端连接所述第一提升板或所述第二提升板的边缘，其另一端转动连接有连接螺栓，所述连接螺栓设置在所述支撑臂的中部垂直于所述支撑臂的长度方向；随所述第一提升板或所述第二提升板向上或向下移动，所述第一提升板或所述第二提升板带动所述支撑臂向上提升收拢至贴近所述滚珠丝杆或者向下垂落张开至远离所述滚珠丝杆。

可选的，上述的管道巡检机器人，其中，所述三角板的顶部还连接有图传模块和摄像头，所述摄像头采集管道内的图像，通过所述图传模块对其所采集的图像进行有线或无线传输。

可选的，上述的管道巡检机器人，其中，还包括清理装置安装板，其连接所述第一盖板的底部，包括自所述清理装置安装板的顶部向上延伸插接至所述第一盖板的底部的4个中空结构的支柱，所述4个支柱成Y字形均匀排列在所述清理装置安装板的顶部，其中，接近所述清理装置安装板中心的一个支柱短于接近所述清理装置安装板边缘的3个支柱；清理头的基座，其顶部设置有向上凸出的顶部插接件，所述顶部插接件插接至所述4个中空结构的支柱的内部，将所述清理头的基座固定在所述清理装置安装板的下部；所述清理头的基座的底部还或设置有向外延伸相向设置相互平行的两个清理头安装槽；清理头，包括相向设置、相互平行的两个，所述两个清理头分别插接在所述清理头安装槽内，向外伸出；清理电机，设置在所述清理头的基座的内部，位于所述清理装置安装板的下部，驱动所述清理头伸出所述清理头安装槽并以所述滚珠丝杆为轴向旋转。

可选的，上述的管道巡检机器人，其中，所述清理头的外侧端部设置有半圆柱体的刮盘，所述半圆柱体的外壁抵接所述管道的内壁刮去所述内壁表面的污物。

可选的，上述的管道巡检机器人，其中，所述第一盖板、第二盖板和三角板接近边缘的位置还分别开设有支柱通过孔，所述支柱通过孔内分别贯穿设置有盖板支柱；所述盖板支柱和所述支撑臂沿所述管道巡检机器人的滚珠丝杆的周向均匀的间隔设置。

可选的，上述的管道巡检机器人，其中，其表面还还包括有超声波传感器，用于检测所述管道的内径。

有益效果

本发明采用滚轮移动式的方式，利用类似于汽车的原理控制管道巡检机器人运行。本发明中，采用电力驱动，通过滚珠丝杆驱动提升板向上或向下移动，所述第一提升板或所述第二提升板的移动带动所述支撑臂向上提升收拢至贴近所述滚珠丝杆或者向下垂落张开至远离所述滚珠丝杆，由此，本发明能够根据管道尺寸相应的控制支撑臂端部的滚轮，使其保持与管道内壁的紧密抵接，使其能够通过滚轮的抵接作用维持管道巡检机器人在管道中的位置，实现对管道巡检机器人上下运行的驱动和控制。

进一步，由于本发明中，通过两个盖板之间的间距形成容纳支撑臂以及滚轮的容纳空间，由此能够缩小管道巡检机器人的整体体积，并通过支撑臂的张开或收拢使得所述管道巡检机器人能够通过半径尺寸较小的滚轮实现与管道内壁的紧密抵接。由此，本发明使得管道巡检机器人即保持了一定管道通过性也能够具有一定的速度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的管道巡检机器人的三维示意图；

图2是本发明的管道巡检机器人的主示意图；

图3是本发明中管道巡检机器人的仰视图；

图4是上述管道巡检机器人中清理装置安装板的仰视图；

图5是上述管道巡检机器人中清理装置安装板的主视图；

图6是上述管道巡检机器人中清理头的基座结构的示意图；

图7是上述管道巡检机器人中盖板结构的示意图。

图中，1表示清理头；2表示清理装置安装板；3表示清理电机；4表示支柱；5表示支撑臂；6表示撑杆；7滚轮；8表示第二丝杆螺母；9表示滚珠丝杆；10表示行走电机；11表示三角板；12表示图传模块；13表示摄像头；14表示连接螺栓；15表示盖板支柱；17表示支撑臂连接部；18表示支柱通过孔；19表示丝杆通过孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1、图2以及图3分别为根据本发明的一种管道巡检机器人的三维视图、主视图和仰视图。该管道巡检机器人包括：

滚珠丝杆9，设置于所述管道巡检机器人的中部位置，其连接有第一丝杆螺母和第二丝杆螺母8，其中，第一丝杆螺母位于所述滚珠丝杆9的下部，第二丝杆螺母8位于所述滚珠丝杆9的上部；

第一盖板，其中心设置有第一丝杆通过孔19，所述滚珠丝杆9的底端穿过所述第一丝杆通过孔19，第一丝杆通过孔19内设置有深沟球轴承，所述深沟球轴承的内壁可旋转的连接所述第一盖板；其周向边缘向外延伸设置有图7所示的支撑臂连接部17，用于设置供支撑臂旋转的销杆；

第一提升板，其设置在所述第一盖板以上，与所述第一丝杆螺母固定连接，包围所述第一丝杆螺母的周向外壁；

第二盖板，设置在所述第一提升板以上，其中心设置有第二丝杆通过孔，所述滚珠丝杆9的中部穿过所述第二丝杆通过孔内设置有深沟球轴承，所述深沟球轴承的内壁可旋转的连接所述第二盖板；其周向边缘同样向外延伸设置有类似图7所示的支撑臂连接部17，用于设置供支撑臂旋转的销杆；

第二提升板，其设置在所述第二盖板以上，与所述第二丝杆螺母8固定连接，包围所述第二丝杆螺母8的周向外壁；

支撑臂5，包括有多个，所述每一个支撑臂5的连接端分别连接所述第一盖板或第二盖板的边缘所设置的销杆，所述各支撑臂5分别以其所连接的边缘的销杆为转轴沿所述述第一盖板或第二盖板的径向张开或收拢，所述每一个支撑臂5的抵接端还分别设置有行走电机10；

滚轮7，包括多个，所述各滚轮7分别连接所述各支撑臂5的抵接端所设置的行走电机10的电机轴，由所述行走电机10的电机轴驱动而抵接管道的内壁旋转，驱动所述管道巡检机器人行走；

三角板11，其中心连接所述滚珠丝杆9的顶端；所述三角板11的顶部还连接有图传模块12和摄像头13，所述摄像头13采集管道内的图像，通过所述图传模块12对其所采集的图像进行有线或无线传输；

驱动机构，设置在所述第一盖板的底部或设置在所述三角板11的顶部，所述驱动机构连接所述滚珠丝杆9的底端或顶端，驱动所述滚珠丝杆9旋转以推动所述第一提升板和第二提升板沿所述滚珠丝杆9向上或向下移动；

撑杆6，包括有多个，所述各撑杆6，其一端连接所述第一提升板或所述第二提升板的边缘，其另一端转动连接有连接螺栓14，所述连接螺栓14设置在所述支撑臂5的中部垂直于所述支撑臂5的长度方向；随所述第一提升板或所述第二提升板向上或向下移动，所述第一提升板或所述第二提升板带动所述支撑臂5向上提升收拢至贴近所述滚珠丝杆9或者向下垂落张开至远离所述滚珠丝杆9。

由此，本发明管道巡检机器人可按照如下的方式工作，以实现在管道内的运行，尤其，能够实现在垂直或倾斜角度较大的管道内的运行。其运行所需的控制步骤如下：

第一步，获取所述超声波传感器检测所获得的管道的内径；

第二步，根据所述管道的内径，驱动说时速度滚珠丝杆9旋转，调节所述第一提升板和所述第二提升板的上下位置，使所述第一提升板和所述第二提升板带动所述支撑臂5向上提升收拢至贴近所述滚珠丝杆9或者向下垂落张开至远离所述滚珠丝杆9，保持所述滚轮7紧密抵接所述管道的内壁；

第三步，当所述滚轮7紧密抵接所述管道的内壁后，控制所述行走电机10运转，驱动所述滚轮7运转，带动所述管道巡检机器人行走；

第四步，当所述超声波传感器检测所获得的管道的内径变大或变小时，相应的根据所述管道的内径，驱动所述速度滚珠丝杆9旋转，调节所述第一提升板和所述第二提升板向下或向上移动，使所述第一提升板和所述第二提升板带动所述支撑臂5向下垂落张开至远离所述滚珠丝杆9或者向上提升收拢至贴近所述滚珠丝杆9，保持所述滚轮7始终紧密抵接所述管道的内壁。

所述的管道巡检机器人，其主要用于通过摄像头检测采集管道内部状况提供至外部进行显示。一般来说，针对常见的管道阻塞状况，本发明还可通过在机器人上设置如下的装置进行简单的清理：

参考图1下端以及图3所述，所述的管道巡检机器人，其还包括清理装置安装板2，其连接所述第一盖板的底部，参考图4以及图5所示，包括自所述清理装置安装板2的顶部向上延伸插接至所述第一盖板的底部的4个中空结构的支柱4，所述4个支柱4成Y字形均匀排列在所述清理装置安装板2的顶部，其中，接近所述清理装置安装板2中心的一个支柱4短于接近所述清理装置安装板2边缘的3个支柱；

清理头的基座，参考图6所示，其顶部设置有向上凸出的顶部插接件，所述顶部插接件插接至所述4个中空结构的支柱4的内部，将所述清理头的基座固定在所述清理装置安装板2的下部；所述清理头的基座的底部还或设置有向外延伸相向设置相互平行的两个清理头安装槽；

清理头1，参考图3所示，包括相向设置、相互平行的两个，所述两个清理头1分别插接在所述清理头安装槽内，向外伸出；

清理电机3，设置在所述清理头的基座的内部，位于所述清理装置安装板2的下部，用于在上述第三步中同步的驱动所述清理头1伸出所述清理头安装槽并以所述滚珠丝杆9为轴向旋转。其中，所述清理头1的外侧端部可进一步设置有半圆柱体的刮盘，所述半圆柱体的外壁抵接所述管道的内壁。旋转过程中，清理头1的弧形外壁抵接管道内壁，对管道内的污物进行清理，刮去所述内壁表面的污物。清理过程中，类似于上述对机器人行走控制的第四步，如果所述当所述超声波传感器检测所获得的管道的内径变大或变小时，相应的根据所述管道的内径，驱动所述清理电机3控制所述清理头伸出的长度，以保持所述清理头1的弧形外壁抵接管道内壁进行清理。

其中，所述的超声波检测装置可设置为一个或多个，其可分别设置在管道巡检机器人的前部或周向边缘，以实现对管道内径的检测。

进一步，为实现对机器人整体结构的稳固和对机器人滚轮的收纳，所述第一盖板、第二盖板和三角板11接近边缘的位置还分别开设有支柱通过孔18，所述支柱通过孔18内分别贯穿设置有盖板支柱15；所述盖板支柱15和所述支撑臂5沿所述管道巡检机器人的滚珠丝杆9的周向均匀的间隔设置。所述支撑臂5及其外端连接的行走电机和滚轮能够在所示提升板向上移动提拉所述支撑臂收缩时，贴近所述滚珠丝杆9，设置在所述盖板支柱15之间的空间。由此，两个盖板之间的间距所形成的容纳支撑臂以及滚轮的容纳空间，能够缩小管道巡检机器人的整体体积，并通过支撑臂的张开或收拢使得所述管道巡检机器人能够通过半径尺寸较小的滚轮实现与管道内壁的紧密抵接。由此，本发明使得管道巡检机器人即保持了一定管道通过性也能够具有一定的速度。

在一种实现方式下，上述的机器人还连接有遥控单元和图像显示单元以构成一个能够用于管道巡检的***。具体而言，在所述行走电机10运转的同时，所述三角板11的顶部所连接的图传模块12和摄像头13同步工作，由所述摄像头13采集管道内的图像，所述图传模块12对所述摄像头13所采集的图像进行有线或无线传输。图像显示单元，用于接收所述图传模块12所传输的所述摄像头13所采集的图像。而所述遥控单元，则控制所述行走电机10以及所述清理电机3运转，控制所述管道巡检机器人行走以及所述清理头1旋转。

在一种实现方式下，对上述管道巡检机器人的等主要部件，如，盖板支柱15，清理电机3，行走电机，支撑臂5，三角板11，滚珠丝杆9，连接螺栓14，提升板8，等，可通过如下的方式自行组装。

首先根据所述管道巡检机器人需要通过的最小管径选择其盖板的最大直径，并相应的选择三角板的尺寸和盖板支柱15的长度。将盖板支柱15依次***第一盖板、第二盖板和三角板的支柱通过孔18中，形成机器人的主体结构。

在三角板11尾端安装有电机座，且每个盖板中件装有深沟球轴承，中间安装有滚珠丝杆9，滚珠丝杆9中间装有连接螺栓14，提升板8与连接螺栓14固定连接，设置在两盖板之间以及第二盖板和三角板之间。

当这些零件安装完成以后，在两个盖板上分别安装3条支撑臂5，并且在六条支撑臂5上分别安装行走电机10和滚轮7形成图2所示的机器主体结构。而后，当所述支撑臂5与滚轮7安装完成后，用撑杆6将支撑臂5与提升板8进行销连接

到此机器人整体驱动部分以安装完成，接下来在盖板前端安装清理装置安装板2，此清理装置安装板2三个支柱4与盖板上面三个长方形孔刚好对接，使其牢固固定在盖板顶端，如图3所示。当清理装置安装板2安装完成后，在尾端或盖板底部安装清理头1，在另一头安装摄像头13。驱动行走电机10、清理电机和摄像头同步的工作，采集管道中不同部位的图像并上传。

由此，该机器人能够适应不同管径大小；其整个运动过程就是通过电机带动滚珠丝杆9将支撑臂5升起，使支撑臂5上的接触轮与管道内壁结合，当机器人支撑住管道以后，后端清理头1开始伸出，当接触到管壁以后清理头1开始旋转清理，与此同时，控制位于机器人前端的摄像头13通过图传模块12进行图像传输，将管道内部的情况反馈出来。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种管道巡检机器人，其特征在于，包括：

滚珠丝杆（9），设置于所述管道巡检机器人的中部位置，其连接有第一丝杆螺母和第二丝杆螺母（8），其中，第一丝杆螺母位于所述滚珠丝杆（9）的下部，第二丝杆螺母（8）位于所述滚珠丝杆（9）的上部；

第一盖板，其中心设置有第一丝杆通过孔（19），所述滚珠丝杆（9）的底端穿过所述第一丝杆通过孔（19），可旋转的连接所述第一盖板；

第一提升板，其设置在所述第一盖板以上，与所述第一丝杆螺母固定连接，包围所述第一丝杆螺母的周向外壁；

第二盖板，设置在所述第一提升板以上，其中心设置有第二丝杆通过孔，所述滚珠丝杆（9）的中部穿过所述第二丝杆通过孔，可旋转的连接所述第二盖板；

第二提升板，其设置在所述第二盖板以上，与所述第二丝杆螺母（8）固定连接，包围所述第二丝杆螺母（8）的周向外壁。

2.如权利要求1所述的管道巡检机器人，其特征在于，还包括：

支撑臂（5），包括有多个，所述每一个支撑臂（5）的连接端分别连接所述第一盖板或第二盖板的边缘，所述各支撑臂（5）分别以其所连接的边缘为转轴沿所述述第一盖板或第二盖板的径向张开或收拢，所述每一个支撑臂（5）的抵接端还分别设置有行走电机（10）；

滚轮（7），包括多个，所述各滚轮（7）分别连接所述各支撑臂（5）的抵接端所设置的行走电机（10）的电机轴，由所述行走电机（10）的电机轴驱动而抵接管道的内壁旋转，驱动所述管道巡检机器人行走；

三角板（11），其中心连接所述滚珠丝杆（9）的顶端；

驱动机构，设置在所述第一盖板的底部或设置在所述三角板（11）的顶部，所述驱动机构连接所述滚珠丝杆（9）的底端或顶端，驱动所述滚珠丝杆（9）旋转以推动所述第一提升板和第二提升板沿所述滚珠丝杆（9）向上或向下移动；

撑杆（6），包括有多个，所述各撑杆（6），其一端连接所述第一提升板或所述第二提升板的边缘，其另一端转动连接有连接螺栓（14），所述连接螺栓（14）设置在所述支撑臂（5）的中部垂直于所述支撑臂（5）的长度方向；随所述第一提升板或所述第二提升板向上或向下移动，所述第一提升板或所述第二提升板带动所述支撑臂（5）向上提升收拢至贴近所述滚珠丝杆（9）或者向下垂落张开至远离所述滚珠丝杆（9）。

3.如权利要求1-2所述的管道巡检机器人，其特征在于，所述三角板（11）的顶部还连接有图传模块（12）和摄像头（13），所述摄像头（13）采集管道内的图像，通过所述图传模块（12）对其所采集的图像进行有线或无线传输。

4.如权利要求1-3所述的管道巡检机器人，其特征在于，还包括清理装置安装板（2），其连接所述第一盖板的底部，包括自所述清理装置安装板（2）的顶部向上延伸插接至所述第一盖板的底部的4个中空结构的支柱（4），所述4个支柱（4）成Y字形均匀排列在所述清理装置安装板（2）的顶部，其中，接近所述清理装置安装板（2）中心的一个支柱（4）短于接近所述清理装置安装板（2）边缘的3个支柱；

清理头的基座，其顶部设置有向上凸出的顶部插接件，所述顶部插接件插接至所述4个中空结构的支柱（4）的内部，将所述清理头的基座固定在所述清理装置安装板（2）的下部；所述清理头的基座的底部还或设置有向外延伸相向设置相互平行的两个清理头安装槽；

清理头（1），包括相向设置、相互平行的两个，所述两个清理头（1）分别插接在所述清理头安装槽内，向外伸出；

清理电机（3），设置在所述清理头的基座的内部，位于所述清理装置安装板（2）的下部，驱动所述清理头（1）伸出所述清理头安装槽并以所述滚珠丝杆（9）为轴向旋转。

5.如权利要求1-4所述的管道巡检机器人，其特征在于，所述清理头（1）的外侧端部设置有半圆柱体的刮盘，所述半圆柱体的外壁抵接所述管道的内壁刮去所述内壁表面的污物。

6.如权利要求1-5所述的管道巡检机器人，其特征在于，所述第一盖板、第二盖板和三角板（11）接近边缘的位置还分别开设有支柱通过孔（18），所述支柱通过孔（18）内分别贯穿设置有盖板支柱（15）；所述盖板支柱（15）和所述支撑臂（5）沿所述管道巡检机器人的滚珠丝杆（9）的周向均匀的间隔设置。

7.如权利要求1-6所述的管道巡检机器人，其特征在于，其表面还还包括有超声波传感器，用于检测所述管道的内径。