DE102017122472B4

DE102017122472B4 - Verfahren zum Befahren oder Sanieren eines rohrförmigen Kanals

Info

Publication number: DE102017122472B4
Application number: DE102017122472.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2021-05-27
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: DE102017122472A1

Abstract

Verfahren zum Befahren oder Sanieren eines rohrförmigen Kanals (17) mit einem Kanalroboter (1), der einen Manipulator (3) zum inwändigen Prüfen und/oder zum spanenden Bearbeiten des Kanals (17), Räder (4) zum Fahren auf einer Innenwand eines unteren Segments des Kanals (17), und mindestens einen Motor (9) für die Räder (4) aufweist und von einer Steuereinrichtung von außerhalb des Kanals (17) durch eine Leitung (5) von der Steuereinrichtung zu dem Kanalroboter (1) mit Antriebsenergie für die Räder (4) versorgbar ist, wobei mindestens eines der Räder (4) ein Messrad ist, das einen Drehstellungssensor (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmoment zum Antreiben der Räder gemessen und anhand der Messung derart geregelt wird, dass das mindestens eine Messrad schlupffrei mitläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sanieren eines rohrförmigen Kanals, mit einem Kanalroboter, der einen Manipulator zum inwändigen Prüfen und/oder zum spanenden Bearbeiten des Kanals, Räder zum Fahren auf einer Innenwand eines unteren Segments des Kanals, und mindestens einen Motor für die Räder aufweist und von einer Steuereinrichtung von außerhalb des Kanals durch eine Leitung von der Steuereinrichtung zu dem Kanalroboter mit Antriebsenergie für die Räder versorgbar ist, wobei mindestens eines der Räder ein Messrad ist, das einen Drehstellungssensor aufweist.
Ein Verfahren der vorgenannten Art ist bekannt aus WO 00/08 506 A1 . Solche Kanalroboter werden eingesetzt zum Sanieren von Rohren: Ein Rohr wird zunächst mit einer schlauchartigen Auskleidung versehen, die neben Undichtigkeiten des Rohrs auch die Einläufe in das Rohr verschließt. In einem zweiten Schritt wird der Kanalroboter in das Rohr eingeführt, um die Auskleidung an den Einläufen aufzuschneiden und dadurch die Einläufe wieder zu öffnen. Hierzu wird der Kanalroboter von einem Bediener an der Steuereinrichtung unterstützt durch eine auf dem Kanalroboter montierte Kamera im Rohr durch Ein- und Ausschalten des Motors manuell positioniert.
Ein Messrad mit Drehstellungssensor bietet eine einfache Möglichkeit, über die Umdrehungen und den bekannten Abrollradius des Messrads die zurückgelegte Fahrtstrecke des Kanalroboters und - durch Vergleich mit einer Ausgangsposition - dessen aktuelle Position in einem Kanal zu bestimmen. An einem angetriebenen Rad ergänzen die Messwerte des Drehstellungssensors die Vorgaben der Steuerung und erlauben eine exaktere Bestimmung der Drehstellung.
Im Hintergrund der Erfindung offenbart DE 696 19 678 T2 einen Rohrmolch für die Prüfung und Reparatur von Rohrleitungen mit signifikanter Neigung. Um eine definierte Positionierung in einem solchen Rohr zu gewährleisten, wird der Rohrmolch in dem Rohr verklemmt. Hierzu wird ein frei mitlaufendes Rad abgespreizt, um den Anpressdruck des angetriebenen Rads und damit die Übertragung der Antriebskraft auf die Rohrwandung sicherzustellen
Im weiteren Hintergrund der Erfindung weist der in DE 10 2010 044465 A1 offenbarte Kanalroboter einen in seiner Längsachse angeordneten Motor auf, dessen Ausgangswelle über mehrere Getriebe alle Räder antreibt. Um das Abschätzen der von dem Kanalroboter im Kanal zurückgelegten Wege zu erleichtern, weist die bekannte Vorrichtung eine Messeinrichtung für die Länge des von dem Kanalroboter von seiner Kabeltrommel abgerollten Kabels auf.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Bestimmen der Position des Kanalroboters zu vereinfachen.
Lösung
Ausgehend von dem bekannten Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen, ein Drehmoment zum Antreiben der Räder gemessen und anhand der Messung derart geregelt wird, dass das mindestens eine Messrad schlupffrei mitläuft. Derartige Antischlupfregelungen sind aus der automobilen Antriebstechnik allgemein bekannt.
In einer erfindungsgemäßen Verfahren mit getrennten Antrieben an der Vorder- und Hinterachse kann so nach Fahrtsituation automatisiert jeweils die Achse mit dem schwächeren Kontakt zum Untergrund ausgewählt und deren Antriebsmoment bis zum minimalen Schlupf reduziert werden.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren werden in der Regel mindestens zwei in Bezug auf die Längsachse des Kanalroboters einander gegenüberliegende Räder von je einem Motor angetrieben. Dieselbe Leistung, die im Stand der Technik ein einzelner Motor über Getriebe auf die angetriebenen Räder abgibt, wird dann durch zwei einzelne Motoren aufgebracht, die nebeneinander im Kanalroboter angeordnet werden können. Der Schwerpunkt des Kanalroboters wird dadurch abgesenkt und seine Fahrstabilität erhöht.
Vorzugsweise weist in einem erfindungsgemäßen Verfahren der Kanalroboter genau vier Räder auf. Ein Fahrwerk mit vier Rädern bietet eine standsichere Abstützung für die spanende Bearbeitung der Auskleidung.
Bevorzugt ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren jedes der Räder mittels des mindestens einen Motors antreibbar. Der Allradantrieb ermöglicht das Fahren des Kanalroboters auch auf unebenem und verschmutztem Untergrund. Die Kombination aus Allrad- und Einzelradantrieb ermöglicht darüber hinaus eine gezielte Kurvenfahrt des Kanalroboters.
Vorteilhafter Weise ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren jeder mindestens eine Motor drehzahl- und drehmomentgeregelt. Über die Drehzahl des angetriebenen Rades ist dann der von dem Kanalroboter zurückgelegte Weg und über das Drehmoment die Antriebsleistung regelbar.
Besonders vorzugsweise ist in einem erfindungsgemäßen Verfahren jeder mindestens eine Motor ein BLDC-Motor. Ein bürstenloser Gleichstrommotor („brushless distinct current motor“, auch „electronically commutated motor“ bzw. „EC-Motor“) bietet eine einfache Möglichkeit zur Steuerung der Motordrehzahl.
Alternativ kommen in einem erfindungsgemäßen Verfahren einfachere DC-Motoren zum Einsatz. DC-Motoren sind als fertige Baugruppen mit angeflanschten optischen oder induktiven Inkrementalgebern zur Drehzahlsteuerung marktgängig und kostengünstig.
Besonders bevorzugt treibt in einem erfindungsgemäßen Verfahren jeder mindestens eine Motor genau eines der Räder an. Der Einzelradantrieb erlaubt einen unmittelbaren Rückschluss von einer Drehung des Motors auf die Umdrehung und Drehstellung des jeweils angetriebenen Rades.
Besonders vorteilhafter Weise weist in einem erfindungsgemäßen Verfahren der Kanalroboter einen Lagesensor auf. Ein Lagesensor ermöglicht die Bestimmung einer Neigung des Kanalroboters um seine Roll-, Nick- und/oder Gierachse. Die vollständige Aufnahme der Neigung ermöglicht eine Beschreibung des Fahrtweges des Kanalroboters im Raum und damit auch die exakte Dokumentation des räumlichen Verlaufs eines unvollständig beschriebenen Kanals.
In einem besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren ist der Kanalroboter durch eine Steuerleitung von der Steuereinrichtung zu dem Kanalroboter an der Steuereinrichtung steuerbar ist. Die Steuerleitung überträgt besonders einfach Steuersignale von der Steuereinrichtung zum Kanalroboter. Alternativ können die Steuersignale durch Funk oder optisch zu dem Kanalroboter übertragen werden.
Vorzugsweise wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgehend von einem bekannten Ausgangspunkt eine Drehung des mindestens einen Messrads gemessen, aus der Drehung eine von dem Ausgangspunkt zurückgelegte Fahrtstrecke bis zu einer Position des Kanalroboters berechnet, und die Fahrtstrecke auf einem Verlauf des Kanals von dem Ausgangspunkt bis zu der Position abgetragen. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren kann ein unbekannter Kanal vermessen und dokumentiert werden.
Insbesondere kann mit einem solchen Messverfahren eine Rohrwandung eines unbekannten Kanals vermessen werden: Hierzu wird eine Kamera des Kanalroboters auf einen Ausgangspunkt an der Rohrwandung - beispielsweise eine Kante eines Rohreinlaufes - ausgerichtet und die Kamerastellung am Kanalroboter fixiert. Dann wird der Ausgangspunkt im Kamerabild markiert und der Kanalroboter verfahren, bis die Markierung im Kamerabild auf der gewünschten Position der Rohrwandung - beispielsweise auf der gegenüberliegenden Kante des Rohreinlaufs - liegt. Die von dem Kanalroboter zurückgelegte Fahrtstrecke entspricht dann dem Abstand von dem Ausgangspunkt zur gesuchten Position an der Rohrwandung - im Beispiel: dem Durchmesser des Rohreinlaufs. In einem Kanal mit bekanntem Verlauf kann zudem die Position des Kanalroboters exakt bestimmt werden.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

1 einen Kanalroboter in einem erfindungsgemäßen Verfahren,
2 einen Schnitt durch den Kanalroboter und
3 den Antriebsstrang eines Rades des Kanalroboters.

Der in 1 gezeigte Kanalroboter 1 weist an einem rohrförmigen Gehäuse 2 einen Manipulator 3 und vier Räder 4, sowie eine Leitung 5 für die Versorgung mit der elektrischen Antriebsenergie für die Räder 4 auf.
Jedes der Räder 4 ist über einen eigenen, in 3 beispielhaft dargestellten Antriebsstrang 8 einzeln angetrieben: Der Antriebsstrang 8 besteht jeweils aus einem BLDC-Motor 9 und einem Winkelgetriebe 10, die in dem Gehäuse 2 vollständig unterhalb der Längsachse 7 liegen. Auf der Radachse jedes Rades 4 ist außerdem jeweils ein Drehstellungssensor 11 angebracht.
Der Drehstellungssensor 11 besteht aus einem Permanentmagneten 12, der in der Drehachse 6 gegenüber einem auf einer Leiterplatte 13 angeordneten Hall-Sensor 14 angebracht ist. Der Hall-Sensor 14 erkennt nicht nur zuverlässig eine minimale Änderung der Drehstellung, sondern nach einem stromlosen Zustand auch die absolute Drehstellung des Permanentmagneten 12, und damit der Drehachse 6 und des Rades 4.
Die nicht dargestellte Steuereinrichtung erfasst auch die aus einem Magazin abgerollte Länge der Leitung 5. Durch Vergleich mit den Messwerten der Drehstellungssensoren 11 erkennt die Steuereinrichtung die abrollenden Durchmesser jedes einzelnen der Räder 4.
Der zwischen den Drehachsen 6 angeordnete Manipulator 3 weist einen rotierbaren Fräskopf 15 auf, der quer zu der Längsachse 7 teleskopartig ausfahrbar und um die Längsachse 7 schwenkbar ist. Zusätzlich zu dem Fräskopf 15 weist der Manipulator 3 eine nicht dargestellte Kamera auf.
Zum Öffnen eines Einlaufs 16 in einem Kanal 17 wird der Kanalroboter 1 zunächst grob anhand aus Plänen bekannten Maßen mithilfe der Drehzahlsteuerung, dann mithilfe der Kamera manuell neben oder unter einen Einlauf 16 positioniert, dann wird der Einlauf 16 mit dem Fräskopf 15 aufgeschnitten. Der Fräskopf 15 wird durch Drehen um die Längsachse 7 und Schwenken aus der Längsachse 7 sowie Verfahren des Kanalroboters 1 in der Längsachse 7 an der Kontur des Einlaufs 16 geführt.
Bezugszeichenliste

1: Kanalroboter
2: Gehäuse
3: Manipulator
4: Rad
5: Leitung
6: Drehachse
7: Längsachse
8: Antriebsstrang
9: Motor
10: Winkelgetriebe
11: Drehstellungssensor
12: Permanentmagnet
13: Leiterplatte
14: Hall-Sensor
15: Fräskopf
16: Einlauf
17: Kanal

Claims

Verfahren zum Befahren oder Sanieren eines rohrförmigen Kanals (17) mit einem Kanalroboter (1), der einen Manipulator (3) zum inwändigen Prüfen und/oder zum spanenden Bearbeiten des Kanals (17), Räder (4) zum Fahren auf einer Innenwand eines unteren Segments des Kanals (17), und mindestens einen Motor (9) für die Räder (4) aufweist und von einer Steuereinrichtung von außerhalb des Kanals (17) durch eine Leitung (5) von der Steuereinrichtung zu dem Kanalroboter (1) mit Antriebsenergie für die Räder (4) versorgbar ist, wobei mindestens eines der Räder (4) ein Messrad ist, das einen Drehstellungssensor (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmoment zum Antreiben der Räder gemessen und anhand der Messung derart geregelt wird, dass das mindestens eine Messrad schlupffrei mitläuft.
Verfahren nach dem vorgenannten Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass jeder mindestens eine Motor (9) drehzahl- und drehmomentgeregelt ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder mindestens eine Motor (9) ein BLDC-Motor (9) ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalroboter (1) getrennte Antriebe an einer Vorderachse und einer Hinterachse aufweist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder mindestens eine Motor (9) genau eines der Räder (4) antreibt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem bekannten Ausgangspunkt eine Drehung des mindestens einen Messrades gemessen, aus der Drehung eine von dem Ausgangspunkt zurückgelegte Fahrtstrecke bis zu einer Position des Kanalroboters (1) berechnet, und die Fahrtstrecke auf einem Verlauf des Kanals (17) von dem Ausgangspunkt bis zu der Position abgetragen wird.