CN110939825A - 一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，包括行走车体和拍摄体架，所述行走车体上设置有摄像头，所述拍摄体架上设置有照相机体，所述拍摄体架经底座固定设置在行走车体的表面上，采用轮式和履带式相结合的方式作为行走车体的行进动力，且行走轮和履带均采用步进电机独立驱动，使行走车体在海底管道内的行走具有足够动力，通过在行走车体上设置360°全景摄像头，当行走车体在海底管道内部行走时，通过360°全景摄像头实现对管道内部的情况进行摄像，当海底管道内部产生腐蚀、变形、裂纹等问题时，通过照相机体对海底管道内部情况进行拍摄，实现360°全景摄像头与照相机体在拍摄过程中的动静结合，巡检机器人的实用性更强。

Description

一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人

技术领域

本发明属于管道巡检机器设备技术领域，具体是一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人。

背景技术

近年来，随着海洋油气资源的开发，特别是深水和边际油田的开采，海洋工程的建筑规模也是越来越大，而海底管道是现今海洋工程的重要一环，海底管道的铺设方法主要有拖管法和铺管船法，不管采用哪种铺设方法，海底管道的铺设难度都十分巨大，同时海底管道的工作环境非常恶劣，在长期的使用过程中，由于化学腐蚀、机械破坏、地壳运动、管道附件磨损等原因容易发生腐蚀、变形、裂纹、疲劳破坏或使管道内部潜在缺陷发展成破损而引起事故。而且海底管道位于水面下方，人工很难实现对海底管道的检修，因此需要设计一种海底管道巡检机器人。

如专利申请号(CN201910596497.0)公开了一种水下管道连接密封性巡检机器人，包括巡检机器本体，所述巡检机器本体包括安装架和智能***，所述智能***包括摄像头、噪音感应器、振动感应器、控制箱、智能处理器器、控制开关、供电装置、红外线发射器、电机一和电机二，该水下管道连接密封性巡检机器人设计合理，适合推广，但是由于海洋管道复杂性现有的海底管道巡检机器人存在以下不足：

1、现有的海底管道巡检机器人的行进多采用多足爬行式或轮式，不管采用哪种方式，由于海洋管道距离长，海洋管道工作环境复杂，采用足爬行式时，遇到障碍物巡检机器人很难逾越障碍物，当采用四轮驱动时，行走不稳定，容易发生倾覆；

2、现有的海底管道巡检机器人多采用摄像装置对机器人所经过的区域进行摄像，但是由于摄像装置是在巡检机器人行进过程中进行拍摄，容易导致对管道内部情况拍摄不清楚的现象，同时大多数的摄像装置在巡检机器人上的位置使固定不动的，对管道内拍摄容易出现死角，导致工作人员内海底管道内部的情况检查不够完整，具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，包括行走车体和拍摄体架，所述行走车体上设置有摄像头，所述拍摄体架上设置有照相机体，所述拍摄体架经底座固定设置在行走车体的表面上；

所述行走车体车位两侧分别设置有一字连接架，所述一字连接架的一端固定设置在行走车体上，且一字连接架的另一端转动连接有行走轮，所述行走车体车头两侧分别设置有V型连接架，所述V型连接架的顶部固定设置在行走车体上，且V型连接架两侧的V型结构底部分别设置有从动轮和主动轮，所述主动轮与从动轮之间通过履带啮合连接，所述行走车体车头中间位置处安装有摄像头；

所述拍摄体架的底座为正方体空腔结构，所述底座外部正面上固定设置有电机一，所述电机一的输出端贯穿底座连接有蜗杆，所述蜗杆水平设置在底座的内部，且蜗杆在底座内与涡轮啮合连接，所述涡轮的底面通过转动轴转动连接底座内部底面上，涡轮的顶面通过支撑筒连接有转盘，所述转盘位于底座表面正上方；

所述转盘的盘面两侧对称设置有连接弯臂一和连接弯臂二，所述连接弯臂一的外侧面上固定设置有电机二，所述连接弯臂二的外侧面上固定设置有电机四，且在连接弯臂一与连接弯臂二的中间位置处固定设置有连接筒，所述连接筒两端的端面分别设置与连接弯臂一与连接弯臂二的内侧面相抵，所述电机二的输出轴贯穿连接弯臂一与连接筒一端的端面固定连接，所述电机四的输出轴贯穿连接弯臂二与连接筒另一端的端面固定连接，所述连接筒的圆弧面上竖直设置有转动架，所述转动架的顶面上固定设置有支撑块，所述支撑块的表面上固定设置有转轴固定架；

所述转轴固定架为阶梯型筒状结构，所述转轴固定架大头一端固定设置有电机三，所述转轴固定架小头一端固定连接有支撑臂，且支撑筒为圆柱空腔结构，所述电机三的输出端固定连接有驱动杆，所述驱动杆的另一端贯穿转轴固定架和支撑筒经防护套一和防护套二连接有照相机体。

作为本发明进一步的方案：所述转轴固定架阶梯型结构内部均开设有环形槽，且驱动杆位于转轴固定架内部一端设置有与环形槽相适配的环形块，所述驱动杆经环形块转动连接在转轴固定架的环形槽内。

作为本发明再进一步的方案：所述驱动杆的另一端连接有锥齿轮一，所述锥齿轮一与锥齿轮二啮合连接，所述锥齿轮二通过键连接固定设置在转轴的一端，所述转轴的另一端通过键连接设置有锥齿轮三，所述锥齿轮三与锥齿轮四啮合连接，所述锥齿轮四固定设置在转动辊上，且该转动辊的另一端通过法兰盘连接有照相机体。

作为本发明再进一步的方案：所述锥齿轮一与锥齿轮二设置在防护套一的内部，所述锥齿轮三与锥齿轮四设置在防护套二的内部，所述防护套一和防护套二之间通过法兰盘固定连接，且防护套一的另一端经法兰盘固定连接在支撑臂上，防护套二的另一端经法兰盘连接在照相机体上。

作为本发明再进一步的方案：所述连接弯臂一的内部固定设置有连接块一，且在支撑块的后侧面上固定设置有连接块二，所述转动架的一侧竖直设置有辅助杆，所述辅助杆的两端均铰接在连接块一和连接块二上。

作为本发明再进一步的方案：所述连接筒为圆弧侧面为C型结构，且连接块一位于连接筒内部一端固定连接在电机二的输出轴上，且连接块一的另一端经连接筒圆弧侧面的开口设置在连接筒的外部。

作为本发明再进一步的方案：所述转盘经法兰盘固定设置在涡轮所连接的支撑筒上。

作为本发明再进一步的方案：所述电机二与电机四的型号完全一致，且电机二与电机四的工作时旋转方向相反。

作为本发明再进一步的方案：所述行走车体的顶面两侧设置有限位板，所述拍摄体架的底座卡接在行走车体两侧的限位板内。

作为本发明再进一步的方案：所述行走车体的行走轮和主动轮上均通过步进电机驱动，且步进电机设置有四个，四个所述步进电机分别驱动两个所述行走轮和两个所述主动轮。

作为本发明再进一步的方案：所述摄像头为360°全景摄像头。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本案采用轮式和履带式相结合的方式作为行走车体的行进动力，且行走轮和履带均采用步进电机独立驱动，从而使行走车体在海底管道内的行走具有足够动力，通过轮式结构，降低海底管道与行走车体行进过程中的摩擦阻力，提高行走车体在海底管道内的行进速度，通过履带结构，增加履带与海底管道的接触面积，使行走车体在海底管道内的行走更加稳定，避免行走车体发生侧翻，同时通过履带式结构，使行走车体遇到障碍物时，通过履带的碾压作用，使行走车体能够快速逾越，便于巡检机器人后续工作；

2、通过在行走车体上设置360°全景摄像头，当行走车体在海底管道内部行走时，通过360°全景摄像头实现对管道内部的情况进行摄像，当海底管道内部产生腐蚀、变形、裂纹等问题时，通过电机一驱动蜗杆进行转动，使蜗杆与涡轮在底座内部啮合传动，从而使涡轮经支撑筒带动转盘进行转动，从而实现对照相机体在水平方向上拍摄角度的调整，通过电机二和电机四驱动转动架进行转动，使转动架在竖直方向上作旋转运动，从而实现对照相机体在竖直方向上拍摄角度的调整，并通过电机三驱动驱动杆在转轴固定架内进行转动，使驱动杆带动锥齿轮一进行转动，锥齿轮一与锥齿轮二啮合传动，锥齿轮二与锥齿轮三啮合传动，锥齿轮三与锥齿轮四啮合转动，从而对照相机体拍摄角度进行局部调整，使巡检机器人对海底管道内壁破损处的拍摄更加清楚，通过360°全景摄像头与照相机体实现拍摄过程中的动静结合，使巡检机器人对海底管道内部拍摄无死角，对海底管道巡检更加彻底，巡检机器人的实用性更强。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人的立体图。

图2为一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人的主视图。

图3为一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人中拍摄体架的结构示意图。

图4为一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人中行走车体的结构示意图。

图5为一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人中转动架的结构示意图。

图6为一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人中转轴固定架的结构示意图。

图7为一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人中照相机体转动结构的结构示意图。

图8为一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人中底座内部的结构示意图。

图中：行走车体1、一字连接架101、行走轮102、V型连接架103、从动轮104、主动轮105、履带106、限位板107、摄像头108、拍摄体架2、电机一201、转盘202、电机二203、连接弯臂一204、转动架205、转轴固定架206、电机三207、支撑臂208、锥齿轮一2081、防护套一209、锥齿轮二2091、锥齿轮三2092、防护套二210、锥齿轮四2101、环形槽211、电机四212、连接弯臂二213、连接筒214、支撑块215、辅助杆216、连接块一217、连接块二218、照相机体219、底座220、蜗杆221、涡轮222、驱动杆223、环形块2231。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

请参阅图1～8，本发明实施例中，一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，包括行走车体1和拍摄体架2，所述行走车体1上设置有摄像头108，所述拍摄体架2上设置有照相机体219，所述拍摄体架2经底座220固定设置在行走车体1的表面上，通过摄像头108与照相机体219实现拍摄过程中的动静结合，使巡检机器人对海底管道内部拍摄无死角，对海底管道巡检更加彻底，巡检机器人的实用性更强。

所述行走车体1车位两侧分别设置有一字连接架101，所述一字连接架101的一端固定设置在行走车体1上，且一字连接架101的另一端转动连接有行走轮102，所述行走车体1车头两侧分别设置有V型连接架103，所述V型连接架103的顶部固定设置在行走车体1上，且V型连接架103两侧的V型结构底部分别设置有从动轮104和主动轮105，所述主动轮105与从动轮104之间通过履带106啮合连接，所述行走车体1车头中间位置处安装有摄像头108，行走车体1采用轮式和履带式相结合的方式作为行进动力，通过轮式结构，降低海底管道与行走车体1行进过程中的摩擦阻力，提高行走车体1在海底管道内的行进速度，通过履带式结构，增加履带106与海底管道的接触面积，使行走车体1在海底管道内的行走更加稳定，避免行走车体发生侧翻，同时通过履带式结构，使行走车体遇到障碍物时，通过履带的碾压作用，使行走车体1能够快速逾越，便于巡检机器人后续工作。

所述拍摄体架2的底座220为正方体空腔结构，所述底座220外部正面上固定设置有电机一201，所述电机一201的输出端贯穿底座220连接有蜗杆222，所述蜗杆222水平设置在底座220的内部，且蜗杆222在底座220内与涡轮223啮合连接，所述涡轮223的底面通过转动轴转动连接底座220内部底面上，涡轮223的顶面通过支撑筒连接有转盘202，所述转盘202位于底座220表面正上方，通过电机一201驱动蜗杆221进行转动，使蜗杆221与涡轮222在底座220内部啮合传动，从而使涡轮222经支撑筒带动转盘202进行转动，从而实现对照相机体219在水平方向上拍摄角度的调整。

所述转盘202的盘面两侧对称设置有连接弯臂一204和连接弯臂二213，所述连接弯臂一204的外侧面上固定设置有电机二203，所述连接弯臂二213的外侧面上固定设置有电机四212，且在连接弯臂一204与连接弯臂二213的中间位置处固定设置有连接筒214，所述连接筒214两端的端面分别设置与连接弯臂一204与连接弯臂二213的内侧面相抵，所述电机二203的输出轴贯穿连接弯臂一204与连接筒214一端的端面固定连接，所述电机四212的输出轴贯穿连接弯臂二213与连接筒214另一端的端面固定连接，所述连接筒214的圆弧面上竖直设置有转动架205，所述转动架205的顶面上固定设置有支撑块215，所述支撑块215的表面上固定设置有转轴固定架206，通过电机二203和电机四212以相同转速不同转向驱动转动架205进行转动，使转动架205在竖直方向上作旋转运动，从而实现对照相机体219在竖直方向上拍摄角度的调整。

所述转轴固定架206为阶梯型筒状结构，所述转轴固定架206大头一端固定设置有电机三207，所述转轴固定架206小头一端固定连接有支撑臂208，且支撑筒208为圆柱空腔结构，所述电机三207的输出端固定连接有驱动杆223，所述驱动杆223的另一端连接有锥齿轮一2081，所述锥齿轮一2081与锥齿轮二2091啮合连接，所述锥齿轮二2091通过键连接固定设置在转轴的一端，所述转轴的另一端通过键连接设置有锥齿轮三2092，所述锥齿轮三2092与锥齿轮四2101啮合连接，所述锥齿轮四2101固定设置在转动辊上，且该转动辊的另一端通过法兰盘连接有照相机体219，通过电机三207驱动驱动杆223在转轴固定架206内进行转动，使驱动杆223带动锥齿轮一2081进行转动，锥齿轮一2081与锥齿轮二2091啮合传动，锥齿轮二2091与锥齿轮三2092啮合传动，锥齿轮三2092与锥齿轮四2101啮合转动，从而对照相机体219拍摄角度进行局部调整，使巡检机器人对海底管道内壁破损处的拍摄更加清楚。

所述转轴固定架206阶梯型结构内部均开设有环形槽211，且驱动杆223位于转轴固定架206内部一端设置有与环形槽211相适配的环形块2231，所述驱动杆223经环形块2231转动连接在转轴固定架206的环形槽211内，使驱动杆223在转轴固定架206内的转动更加稳定。

所述锥齿轮一2081与锥齿轮二2091设置在防护套一209的内部，所述锥齿轮三2092与锥齿轮四2101设置在防护套二210的内部，所述防护套一209和防护套二210之间通过法兰盘固定连接，且防护套一209的另一端经法兰盘固定连接在支撑臂208上，防护套二210的另一端经法兰盘连接在照相机体219上，通过防护套一209和防护套二210对锥齿轮一2081与锥齿轮二2091和锥齿轮三2092与锥齿轮四2101起保护作用。

所述连接弯臂一204的内部固定设置有连接块一217，且在支撑块215的后侧面上固定设置有连接块二218，所述转动架205的一侧竖直设置有辅助杆216，所述辅助杆216的两端均铰接在连接块一217和连接块二218上，通过设置辅助杆216使转动架205的转动更加稳定。

所述连接筒214为圆弧侧面为C型结构，且连接块一217位于连接筒214内部一端固定连接在电机二203的输出轴上，且连接块一217的另一端经连接筒214圆弧侧面的开口设置在连接筒214的外部。

所述转盘202经法兰盘固定设置在涡轮222所连接的支撑筒上。

所述电机二203与电机四212的型号完全一致，且电机二203与电机四212的工作时旋转方向相反。

所述行走车体1的顶面两侧设置有限位板107，所述拍摄体架2的底座220卡接在行走车体1两侧的限位板107内，使拍摄体架2在行走车体1上的联系更加紧凑。

所述行走车体1的行走轮102和主动轮105上均通过步进电机109驱动，且步进电机109设置有四个，四个所述步进电机109分别驱动两个所述行走轮102和两个所述主动轮105，使行走车体1在海底管道内的行走具有足够动力，能够长时间在不同环境下的海底管道内行进。

工作原理：通过四个步进电机109分别驱动两个行走轮102和两个主动轮105，使行走车体1在海底管道内进行移动，当行走车体1在海底管道内部行走时，通过360°全景摄像头实现对管道内部的情况进行摄像，当海底管道内部产生腐蚀、变形、裂纹等问题时，通过电机一201驱动蜗杆221进行转动，使蜗杆221与涡轮222在底座220内部啮合传动，从而使涡轮222经支撑筒带动转盘202进行转动，从而实现对照相机体219在水平方向上拍摄角度的调整，通过电机二203和电机四212驱动转动架205进行转动，使转动架205在竖直方向上作旋转运动，从而实现对照相机体219在竖直方向上拍摄角度的调整，并通过电机三207驱动驱动杆223在转轴固定架206内进行转动，使驱动杆223带动锥齿轮一2081进行转动，锥齿轮一2081与锥齿轮二2091啮合传动，锥齿轮二2091与锥齿轮三2092啮合传动，锥齿轮三2092与锥齿轮四2101啮合转动，从而对照相机体219拍摄角度进行局部调整，使照相机体219对海底管道内部破碎处进行拍照，使海底管道的破损处更加清晰，从而实现通过360°全景摄像头与照相机体实现拍摄过程中的动静结合。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (10)

1.一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于：包括行走车体(1)和拍摄体架(2)，所述行走车体(1)上设置有摄像头(108)，所述拍摄体架(2)上设置有照相机体(219)，所述拍摄体架(2)经底座(220)固定设置在行走车体(1)的表面上；

所述行走车体(1)车位两侧分别设置有一字连接架(101)，所述一字连接架(101)的一端固定设置在行走车体(1)上，且一字连接架(101)的另一端转动连接有行走轮(102)，所述行走车体(1)车头两侧分别设置有V型连接架(103)，所述V型连接架(103)的顶部固定设置在行走车体(1)上，且V型连接架(103)两侧的V型结构底部分别设置有从动轮(104)和主动轮(105)，所述主动轮(105)与从动轮(104)之间通过履带(106)啮合连接，所述行走车体(1)车头中间位置处安装有摄像头(108)；

所述拍摄体架(2)的底座(220)为正方体空腔结构，所述底座(220)外部正面上固定设置有电机一(201)，所述电机一(201)的输出端贯穿底座(220)连接有蜗杆(222)，所述蜗杆(222)水平设置在底座(220)的内部，且蜗杆(222)在底座(220)内与涡轮(223)啮合连接，所述涡轮(223)的底面通过转动轴转动连接底座(220)内部底面上，涡轮(223)的顶面通过支撑筒连接有转盘(202)，所述转盘(202)位于底座(220)表面正上方；

所述转盘(202)的盘面两侧对称设置有连接弯臂一(204)和连接弯臂二(213)，所述连接弯臂一(204)的外侧面上固定设置有电机二(203)，所述连接弯臂二(213)的外侧面上固定设置有电机四(212)，且在连接弯臂一(204)与连接弯臂二(213)的中间位置处固定设置有连接筒(214)，所述连接筒(214)两端端面分别与连接弯臂一(204)和连接弯臂二(213)的内侧面相抵，所述电机二(203)的输出轴贯穿连接弯臂一(204)与连接筒(214)一端的端面固定连接，所述电机四(212)的输出轴贯穿连接弯臂二(213)与连接筒(214)另一端的端面固定连接，所述连接筒(214)的圆弧面上竖直设置有转动架(205)，所述转动架(205)的顶面上固定设置有支撑块(215)，所述支撑块(215)的表面上固定设置有转轴固定架(206)；

所述转轴固定架(206)为阶梯型筒状结构，所述转轴固定架(206)大头一端固定设置有电机三(207)，所述转轴固定架(206)小头一端固定连接有支撑臂(208)，且支撑筒(208)为圆柱空腔结构，所述电机三(207)的输出端固定连接有驱动杆(223)，所述驱动杆(223)的另一端贯穿转轴固定架(206)和支撑筒(208)经防护套一(209)和防护套二(210)连接有照相机体(219)。

2.根据权利要求1所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述转轴固定架(206)阶梯型结构内部均开设有环形槽(211)，且驱动杆(223)位于转轴固定架(206)内部一端设置有与环形槽(211)相适配的环形块(2231)，所述驱动杆(223)经环形块(2231)转动连接在转轴固定架(206)的环形槽(211)内。

3.根据权利要求1所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述驱动杆(223)的另一端连接有锥齿轮一(2081)，所述锥齿轮一(2081)与锥齿轮二(2091)啮合连接，所述锥齿轮二(2091)与锥齿轮三(2092)设置在转轴的两端，所述锥齿轮三(2092)与锥齿轮四(2101)啮合连接，所述锥齿轮四(2101)设置在转动辊上，且转动辊的另一端连接有照相机体(219)。

4.根据权利要求3所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述锥齿轮一(2081)与锥齿轮二(2091)设置在防护套一(209)的内部，所述锥齿轮三(2092)与锥齿轮四(2101)设置在防护套二(210)的内部，所述防护套一(209)和防护套二(210)之间通过法兰盘固定连接，且防护套一(209)的另一端经法兰盘固定连接在支撑臂(208)上，防护套二(210)的另一端经法兰盘连接在照相机体(219)上。

5.根据权利要求1所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述连接弯臂一(204)的内部固定设置有连接块一(217)，且在支撑块(215)的后侧面上固定设置有连接块二(218)，所述转动架(205)的一侧竖直设置有辅助杆(216)，所述辅助杆(216)的两端均铰接在连接块一(217)和连接块二(218)上。

6.根据权利要求1所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述连接筒(214)为圆弧侧面为C型结构，且连接块一(217)位于连接筒(214)内部一端固定连接在电机二(203)的输出轴上，且连接块一(217)的另一端经连接筒(214)圆弧侧面的开口设置在连接筒(214)的外部。

7.根据权利要求1所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述转盘(202)经法兰盘固定设置在涡轮(222)所连接的支撑筒上。

8.根据权利要求1所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述电机二(203)与电机四(212)的型号完全一致，且电机二(203)与电机四(212)工作时的旋转方向相反。

9.根据权利要求1所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述行走车体(1)的顶面两侧设置有限位板(107)，所述拍摄体架(2)的底座(220)卡接在行走车体(1)两侧的限位板(107)内。

10.根据权利要求1所述的一种海洋工程用全自动海底管道巡检机器人，其特征在于，所述行走车体(1)的行走轮(102)和主动轮(105)上均通过步进电机(109)驱动，且步进电机(109)设置有四个，四个所述步进电机(109)分别驱动两个所述行走轮(102)和两个所述主动轮(105)。

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