CN114396530A - 一种超长距离输水管道快速巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管道检测技术领域，且公开了一种超长距离输水管道快速巡检机器人，包括壳体和检测仪本体，检测仪本体固定在壳体的上端，壳体的下端两侧边角处均开设有缺口，两个缺口内均设有传动机构，壳体固定连接有横板，横板的下方设有两个调整机构，两个调整机构分别与两个传动机构相连，传动机构设置在两个缺口内用于支撑和驱动壳体，并可以改变壳体在管道内的位置。该超长距离输水管道快速巡检机器人，可以在管道内调整行进路线和机身姿态，使机器人可以快速越过管道内的障碍物以及管道的破损处，提高了管道机器人的越障性能强，并且在深入管道后，也不会因失去驱动力导致机器人无法安全回收。

Description

一种超长距离输水管道快速巡检机器人

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，具体为一种超长距离输水管道快速巡检机器人。

背景技术

由于我国水资源分配不均，如何合理配置水资源、高效利用水资源已成为国家的战略课题,超长距离的输水管道作为一种快捷、高效的输水方式，已在我国大量的推广和运用，但是输水管道在建设过程中，由于管道的生产质量问题和施工的不规范，导致管道产生鼓包，开裂等缺陷。以及在后期的运行过程中，由于水锤，腐蚀，高速含砂水流等作用导致管道内部的破损，如果不能及时的对管道缺陷进行检修，容易导致供水***的瘫痪。因此在建设过程和后期定期的维护过程需要进行管道质量的巡检，保障输水工程的安全运行。

我国目前输调水工程一般都上达几百公里，输水管道段也有几十公里或者上百公里，因此多采用管道机器人进行检测，并且管道机器人都搭载闭路电视检测***(CCTV)，通过摄像头实时传回管道内的图像信息对管道质量进行评估，从而判断管道是否存在缺陷，现有的管道检修机器人多采用多点支撑的方式，即以机器人的机身壳体为圆心，设计多个同步伸缩的支撑臂为支点，多个支点同步伸缩后将机身壳体支撑在管道的中心处，以此起到在管道内自定心的作用，适用于不同直径的输水管道使用。

目前，虽然机器人可以适用于不同的管道使用，由于支撑臂将机身壳体支撑在管道的中心处，因此，一旦遇到破损的输水管段，机器人的驱动轮无法与管道壁紧密的接触，导致管道巡检机器人也失去驱动力而被困在管道内，并且，由于机器人自身结构的限制，深入到管道内的机器人无法调整其行进路线和在管道内的机身姿态，导致其越障性能较差，因此无法继续探测、检修已经发生破损或产生淤堵的管道。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种超长距离输水管道快速巡检机器人，具备越障性能强，可以在管道内调整行进路线和机身姿态，使机器人可以快速越过管道内的障碍物以及管道的破损处，并且在深入管道后，也不会因失去驱动力导致机器人无法安全回收等优点，解决了传统的机器人遇到破损的输水管段，机器人的驱动轮无法与管道壁紧密的接触，导致管道巡检机器人也失去驱动力而被困在管道内，并且，由于机器人自身结构的限制，导致其越障性能较差，因此无法继续探测、检修已经发生破损或产生淤堵的管道的问题。

(二)技术方案

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种超长距离输水管道快速巡检机器人，包括壳体和检测仪本体，检测仪本体固定在壳体的上端，所述壳体的下端两侧边角处均开设有缺口，两个所述缺口内均设有传动机构，所述壳体固定连接有横板，所述横板的下方设有两个调整机构，两个所述所述调整机构分别与两个传动机构相连；

传动机构，设置在两个缺口内用于支撑和驱动壳体，使壳体在管道内的高度得以调节；

调整机构，可以改变壳体在管道内的行进轨迹和姿态。

优选的，所述横板的一端固定连接有隔板，所述隔板与壳体的内壁固定连接，所述隔板的一侧与壳体的内壁之间通过第一滚珠轴承转动连接有横轴，所述横轴的轴壁上固定连接有两个第一锥齿轮，两个所述传动机构对称连接在第一锥齿轮的两侧，所述隔板的一侧固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端穿过第一滚动轴承并与横轴的一端固定连接，所述隔板的下端连接有定位机构，所述定位机构连接有两个定位杆，两个所述定位杆分别与两个缺口内的传动机构连接。

优选的，所述传动机构包括固定板，所述固定板相对的两侧均固定连接有连接杆，两个所述连接杆的一端均固定连接有环形块，所述环形块的内侧通过第二滚珠轴承与横轴的轴壁转动连接，所述固定板的侧壁通过第三滚珠轴承转动连接有横管，所述横管的管壁上套接有套管，所述套管的管壁上通过第四滚珠轴承转动连接有连接板，所述连接板与定位杆的一端固定连接，所述套管的一端固定连接有外壳，所述外壳内通过密封轴承转动连接有转轴，所述转轴的下端固定连接有滚轮，所述横管和套管内设有伸缩机构，所述伸缩机连接第一锥齿轮与转轴，所述横管的管壁与调整机构连接。

优选的，所述伸缩机构包括旋转轴和连接轴，所述旋转轴和连接轴均通过第一滚动轴承分别与横管和套管的内壁转动连接，所述旋转轴的一端延伸至横管外并固定连接有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，所述旋转轴的另一端固定连接有六棱轴，所述六棱轴的轴壁上套接有六棱管，所述连接轴的一端与六棱管的一端固定连接，所述连接轴的另一端贯穿外壳的侧壁并固定连接有第三锥齿轮，所述第三锥齿轮的一侧啮合有第四锥齿轮，所述第四锥齿轮的一侧与转轴的上端固定连接，所述套管的管壁上开设有条形孔，所述条形孔内设有限位块，所述限位块的一端延伸至套管内并与横管的管壁固定连接。

优选的，所述调整机构包括传动轴，所述传动轴的轴壁上连接有多个轴承座，且轴承座与连接杆的杆壁固定连接，其中一个所述轴承座的一侧固定连接有第二电机，所述第二电机的输出端与传动轴的一端固定连接，所述传动轴的轴壁上固定连接有两个蜗杆，两个所述蜗杆的杆壁上均啮合有蜗轮，所述蜗轮与横管的管壁固定连接。

优选的，所述定位机构包括双向丝杆，所述双向丝杆的杆壁上设有两个传动块，两个所述传动块均通过螺纹孔与双向丝杆的杆壁螺纹连接，所述传动块的一端与横板的侧壁相接触，所述传动块的另一端通过销钉转动连接有拉杆，所述拉杆远离传动块的一端通过销轴与定位杆的杆壁转动连接，所述双向丝杆的两端均通过第二滚珠轴承与壳体的内壁转动连接，所述双向丝杆的杆壁上固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮的一侧啮合有第二齿轮，所述横板的下端固定连接有第三电机，所述第三电机的输出端与第二齿轮的一侧固定连接。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种超长距离输水管道快速巡检机器人，具备以下有益效果：

1、本发明在使用的时候，利用由第三电机、第二齿轮、第一齿轮、双向丝杆、传动块、拉杆和定位杆组成的定位机构调整两个传动机构与管道的内壁相接触，且呈不同的角度机器人处于管道内，然后利用第一电机、横轴和第一锥齿轮驱动两个传动机构工作使管道巡检机器人在管道内行走，在机器人行走时，利用调整机构可以调整传动机构的角度，进而可以改变机器人在管道内的行进路线和机身姿态，利用改变机器人在管道内的姿态和行进路线避开障碍物和管道破损段，有效的提高了机器人的越障性能。

2、本发明设置有的传动机构，利用由第二锥齿轮、旋转轴、六棱轴、六棱管、连接轴、第三锥齿轮、第四锥齿轮和滚轮组成的传动机构，可以使滚轮与管道壁之间产生摩擦力，实现驱动壳体在管道内行进，并且在定位杆推动连接板时，套管在横管的管壁上滑动实现伸缩，同时六棱轴也相对在六棱管内滑动伸缩相同的距离，进而可以利用定位机构调节传动机构中套管和横管的长度，实现调节壳体在管道内的位置，并且横管的旋转角度受到调节机构的限制，从而能够利用传动机构驱动壳体在管道内行走，并且也可以利用固定机构调节两个传动机构的倾斜角度，使传动机构可以将壳体支撑起不同的高度，进而可以提高管道巡检机器人的越障性能。

3、本发明设置有的调整机构，利用第二电机、传动轴、蜗杆和蜗轮能够使横管、套管和外壳摆动，外壳摆动时安装在外壳上的滚轮也相对摆动，且摆动后的滚轮与管道内径水平面之间的夹角发生改变，因此在滚轮滚轮驶过管道内壁的路线也随夹角的改变发生改变，使管道巡检机器人可以在管道内程螺旋路径行进，进而可以改变管道巡检机器人在管道内的机身姿态，有利于管道机器人越障，同时也可以调整管道巡检机器人在管道行进时的机身姿态。

附图说明

图1为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人结构示意图；

图2为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人中壳体的剖视图；

图3为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人中传动机构的结构示意图；

图4为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人中套管和横管的内部结构示意图；

图5为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人中调整机构的部分结构示意图；

图6为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人中定位机构的结构示意图；

图7为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人中外壳的结构示意图；

图8为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人的使用效果图一；

图9为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人的使用效果图二；

图10为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人的使用效果图三；

图11为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人的使用效果图四；

图12为本发明提出的一种超长距离输水管道快速巡检机器人的使用效果图五；

图中：1、壳体；2、检测仪本体；3、套管；4、外壳；5、滚轮；6、定位杆；7、双向丝杆；8、拉杆；9、连接板；10、第二电机；11、第一锥齿轮；12、横板；13、传动块；14、隔板；15、横轴；16、传动轴；17、横管；18、第一电机；19、第三锥齿轮；20、连接轴；21、六棱管；22、六棱轴；23、固定板；24、蜗轮；25、旋转轴；26、限位块；27、第四锥齿轮；28、环形块；29、蜗杆；30、连接杆；31、第一齿轮；32、第二齿轮；33、缺口；34、条形孔；35、第二锥齿轮；36、第三电机。

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。

实施例1：

参照附图1-12,一种超长距离输水管道快速巡检机器人，包括壳体1和检测仪本体2，检测仪本体2固定在壳体1的上端，壳体1的下端两侧边角处均开设有缺口33，两个缺口33内均设有传动机构，传动机构设置在两个缺口33内用于支撑和驱动壳体1，并可以改变壳体1在管道内的位置，提高巡检机器人的越障性能，壳体1固定连接有横板12，横板12的下方设有两个调整机构，两个调整机构分别与两个传动机构相连，调整机构可以改变壳体1在管道内的行进轨迹和姿态，横板12的一端固定连接有隔板14，隔板14与壳体1的内壁固定连接，隔板14的一侧与壳体1的内壁之间通过第一滚珠轴承转动连接有横轴15，横轴15的轴壁上固定连接有两个第一锥齿轮11，两个传动机构对称连接在第一锥齿轮11的两侧，隔板14的一侧固定连接有第一电机18，第一电机18的输出端穿过第一滚动轴承并与横轴15的一端固定连接，隔板14的下端连接有定位机构，定位机构连接有两个定位杆6，两个定位杆6分别与两个缺口33内的传动机构连接，定位机构包括双向丝杆7，双向丝杆7的杆壁上设有两个传动块13，两个传动块13均通过螺纹孔与双向丝杆7的杆壁螺纹连接，传动块13的一端与横板12的侧壁相接触，传动块13的另一端通过销钉转动连接有拉杆8，拉杆8远离传动块13的一端通过销轴与定位杆6的杆壁转动连接，双向丝杆7的两端均通过第二滚珠轴承与壳体1的内壁转动连接，双向丝杆7的杆壁上固定连接有第一齿轮31，第一齿轮31的一侧啮合有第二齿轮32，横板12的下端固定连接有第三电机36，第三电机36的输出端与第二齿轮32的一侧固定连接；

现有技术中，机器人的机身内部配置激光位移传感装置，图像摄取装置和大容量的蓄电池，图像摄取装置即为检测仪本体2，图像摄取装置由两组摄像头、一组LED光源，一组激光发射器和连接的导线组成，管道机器人巡检时，通过设置的LED灯提供光源，两组摄像头进行管道内部景象的摄取，实现对管道内部的窥探，并在检测过程中，由激光传感器实时测试距离结果，由信号处理器判别，对比设置的距离阈值，当距离小于阈值后，旋转电机反向旋转，管道机器人停止巡检，退出管道，保证机器人的回收，此外，配置的电源、主控制器、信号传输装置以及信号接受装置等部件都固定于壳体1内横板12上方的空间内，相应组件通过导线连接进行工作，此技术在生活中已被广泛的使用，本领域技术人员已经知晓，故不再做过多赘述。

本发明在使用的时候，启动第三电机36带动第二齿轮32旋转，第二齿轮32旋转带动第一齿轮31使双向丝杆7旋转，双向丝杆7旋转带动两个传动块13相对运动，传动块13运动时推动拉杆8使定位杆6受力，定位杆6受力时带动两个传动机构摆动，摆动后的两个传动机构与管道的内壁相接触，然后在启动第一电机18带动横轴15旋转，横轴15旋转时带动第一锥齿轮11旋转，第一锥齿轮11旋转驱动两个传动机构工作，因此，可以利用两个传动机构工作驱动管道巡检机器人在管道内行走，在机器人行走时，利用调整机构可以调整传动机构的角度，进而可以改变机器人在管道内的行进路线和机身姿态，利用改变机器人在管道内的姿态和行进路线避开障碍物和管道破损段，有效的提高了机器人的越障性能。

实施例2：基于实施例1有所不同的是；

参照附图2-5,传动机构包括固定板23，固定板23相对的两侧均固定连接有连接杆30，两个连接杆30的一端均固定连接有环形块28，环形块28的内侧通过第二滚珠轴承与横轴15的轴壁转动连接，固定板23的侧壁通过第三滚珠轴承转动连接有横管17，横管17的管壁上套接有套管3，套管3的管壁上通过第四滚珠轴承转动连接有连接板9，连接板9与定位杆6的一端固定连接，套管3的一端固定连接有外壳4，外壳4内通过密封轴承转动连接有转轴，转轴的下端固定连接有滚轮5，横管17和套管3内设有伸缩机构，伸缩机连接第一锥齿轮11与转轴，伸缩机构包括旋转轴25和连接轴20，旋转轴25和连接轴20均通过第一滚动轴承分别与横管17和套管3的内壁转动连接，旋转轴25的一端延伸至横管17外并固定连接有第二锥齿轮35，第二锥齿轮35与第一锥齿轮11啮合，旋转轴25的另一端固定连接有六棱轴22，六棱轴22的轴壁上套接有六棱管21，连接轴20的一端与六棱管21的一端固定连接，连接轴20的另一端贯穿外壳4的侧壁并固定连接有第三锥齿轮19，第三锥齿轮19的一侧啮合有第四锥齿轮27，第四锥齿轮27的一侧与转轴的上端固定连接，套管3的管壁上开设有条形孔34，条形孔34内设有限位块26，限位块26的一端延伸至套管3内并与横管17的管壁固定连接，横管17的管壁与调整机构连接。

本发明设置有的传动机构，在第一锥齿轮11旋转带动第二锥齿轮35旋转时，第二锥齿轮35旋转带动旋转轴25使六棱轴22旋转，六棱轴22旋转带动六棱管21使连接轴20旋转，连接轴20旋转带动第三锥齿轮19使第四锥齿轮27旋转，第四锥齿轮27旋转带动转轴使滚轮5旋转，滚轮5旋转时与管道壁之间产生摩擦力，进而实现驱动壳体1在管道内行进，由于连接板9与套管3的管壁通过第四滚珠轴承转动连接，因此，在定位杆6受力时会推动套管3在横管17的管壁上滑动实现伸缩，且伸缩距离受条形孔34和限位块26的限制，同时六棱轴22也相对在六棱管21内滑动伸缩相同的距离，进而可以利用定位机构调节传动机构中套管3和横管17的长度，实现调节壳体1在管道内的位置，并且横管17的旋转角度受到调节机构的限制，从而能够利用传动机构驱动壳体1在管道内行走，并且也可以利用固定机构调节两个传动机构的倾斜角度，使传动机构可以将壳体1支撑起不同的高度，进而可以提高管道巡检机器人的越障性能。

实施例3：基于实施例1有所不同的是；

参照附图2、图3和图5,调整机构包括传动轴16，传动轴16的轴壁上连接有多个轴承座，且轴承座与连接杆30的杆壁固定连接，其中一个轴承座的一侧固定连接有第二电机10，第二电机10的输出端与传动轴16的一端固定连接，传动轴16的轴壁上固定连接有两个蜗杆29，两个蜗杆29的杆壁上均啮合有蜗轮24，蜗轮24与横管17的管壁固定连接。

本发明设置有的调整机构，在使用启动第二电机10带动传动轴16旋转，传动轴16旋转带动蜗杆29使蜗轮24旋转，蜗轮24旋转带动横管17旋转，横管17旋转时利用限位块26与条形孔34的配合使套管3旋转，套管3旋转带动外壳4摆动，外壳4摆动时带动转轴使第四锥齿轮27围绕第三锥齿轮19滚动，此时，转轴上的滚轮5也相对摆动，且摆动后的滚轮5与管道内径水平面之间的夹角发生改变，因此在传动机构驱动滚轮5旋转时，由于滚轮5与管道的水平面之间的夹角发生改变，因此滚轮5驶过管道内壁的路线也发生改变，使管道巡检机器人可以在管道内程螺旋路径行进，进而可以改变管道巡检机器人在管道内的机身姿态，有利于管道机器人越障，同时也可以调整管道巡检机器人在管道行进时的机身姿态。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种超长距离输水管道快速巡检机器人，包括壳体(1)和检测仪本体(2)，检测仪本体(2)固定在壳体(1)的上端，其特征在于：所述壳体(1)的下端两侧边角处均开设有缺口(33)，两个所述缺口(33)内均设有传动机构，所述壳体(1)固定连接有横板(12)，所述横板(12)的下方设有两个调整机构，两个所述调整机构分别与两个传动机构相连；

传动机构，设置在两个缺口(33)内用于支撑和驱动壳体(1)，使壳体(1)在管道内的高度得以调节；

调整机构，可变壳体(1)在管道内的行进轨迹和姿态。

2.根据权利要求1所述的一种超长距离输水管道快速巡检机器人，其特征在于：所述横板(12)的一端固定连接有隔板(14)，所述隔板(14)与壳体(1)的内壁固定连接，所述隔板(14)的一侧与壳体(1)的内壁之间通过第一滚珠轴承转动连接有横轴(15)，所述横轴(15)的轴壁上固定连接有两个第一锥齿轮(11)，两个所述传动机构对称连接在第一锥齿轮(11)的两侧，所述隔板(14)的一侧固定连接有第一电机(18)，所述第一电机(18)的输出端穿过第一滚动轴承并与横轴(15)的一端固定连接，所述隔板(14)的下端连接有定位机构，所述定位机构连接有两个定位杆(6)，两个所述定位杆(6)分别与两个缺口(33)内的传动机构连接。

3.根据权利要求2所述的一种超长距离输水管道快速巡检机器人，其特征在于：所述传动机构包括固定板(23)，所述固定板(23)相对的两侧均固定连接有连接杆(30)，两个所述连接杆(30)的一端均固定连接有环形块(28)，所述环形块(28)的内侧通过第二滚珠轴承与横轴(15)的轴壁转动连接，所述固定板(23)的侧壁通过第三滚珠轴承转动连接有横管17，所述横管(17)的管壁上套接有套管(3)，所述套管(3)的管壁上通过第四滚珠轴承转动连接有连接板(9)，所述连接板(9)与定位杆(6)的一端固定连接，所述套管(3)的一端固定连接有外壳(4)，所述外壳(4)内通过密封轴承转动连接有转轴，所述转轴的下端固定连接有滚轮(5)，所述横管(17)和套管(3)内设有伸缩机构，所述伸缩机连接第一锥齿轮(11)与转轴，所述横管(17)的管壁与调整机构连接。

4.根据权利要求3所述的一种超长距离输水管道快速巡检机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括旋转轴(25)和连接轴(20)，所述旋转轴(25)和连接轴(20)均通过第一滚动轴承分别与横管(17)和套管(3)的内壁转动连接，所述旋转轴(25)的一端延伸至横管(17)外并固定连接有第二锥齿轮(35)，所述第二锥齿轮(35)与第一锥齿轮(11)啮合，所述旋转轴(25)的另一端固定连接有六棱轴(22)，所述六棱轴(22)的轴壁上套接有六棱管(21)，所述连接轴(20)的一端与六棱管(21)的一端固定连接，所述连接轴(20)的另一端贯穿外壳(4)的侧壁并固定连接有第三锥齿轮(19)，所述第三锥齿轮(19)的一侧啮合有第四锥齿轮(27)，所述第四锥齿轮(27)的一侧与转轴的上端固定连接，所述套管(3)的管壁上开设有条形孔(34)，所述条形孔(34)内设有限位块(26)，所述限位块(26)的一端延伸至套管(3)内并与横管(17)的管壁固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种超长距离输水管道快速巡检机器人，其特征在于：所述调整机构包括传动轴(16)，所述传动轴(16)的轴壁上连接有多个轴承座，且轴承座与连接杆(30)的杆壁固定连接，其中一个所述轴承座的一侧固定连接有第二电机(10)，所述第二电机(10)的输出端与传动轴(16)的一端固定连接，所述传动轴(16)的轴壁上固定连接有两个蜗杆(29)，两个所述蜗杆(29)的杆壁上均啮合有蜗轮(24)，所述蜗轮(24)与横管(17)的管壁固定连接。

6.根据权利要求2所述的一种超长距离输水管道快速巡检机器人，其特征在于：所述定位机构包括双向丝杆(7)，所述双向丝杆(7)的杆壁上设有两个传动块(13)，两个所述传动块(13)均通过螺纹孔与双向丝杆(7)的杆壁螺纹连接，所述传动块(13)的一端与横板(12)的侧壁相接触，所述传动块(13)的另一端通过销钉转动连接有拉杆(8)，所述拉杆(8)远离传动块(13)的一端通过销轴与定位杆(6)的杆壁转动连接，所述双向丝杆(7)的两端均通过第二滚珠轴承与壳体(1)的内壁转动连接，所述双向丝杆(7)的杆壁上固定连接有第一齿轮(31)，所述第一齿轮(31)的一侧啮合有第二齿轮(32)，所述横板(12)的下端固定连接有第三电机(36)，所述第三电机(36)的输出端与第二齿轮(32)的一侧固定连接。

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