[发明专利]伸缩式管道机器人装置

说明书

技术领域

本发明涉及管道机器人领域，具体涉及一种应用于地下管线检测领域的管道机器人。

背景技术

管道机器人属于特种机器人的研究范畴，是一种可在管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。管道机器人的主要工作可以分为检测作业和维修作业。检测作业项目主要包括管道定位、管道探伤等；维修作业包括清扫、补口、焊接等。为了满足不同需求，国内外各机构从管道机器人的行走方式、结构组成、控制系统等方面入手研究出许多样式的机器人。

按照管道机器人的行走方式划分，目前常见的管道机器人有轮式管道机器人与履带式管道机器人。采用轮式行走方式的管道机器人其驱动机构带动一个或几个轮子转动，实现机器人的前后与转弯运动。此类管道机器人结构简单、行进速度快，因此得到了广泛运用。但轮式管道机器人也有明显不足，例如中国专利申请公布号为CN201427125Y的“管道除垢机器人”采用轮式行走装置，在泥泞、油污的环境中行走困难，不适用于大倾角管道，且牵引力较小。

为了提高机器人的牵引力与管内环境的适应能力，实现在油污、泥泞等恶劣条件下的管道内移动，履带式管道机器人也得到了较多应用。履带式行走机构在恶劣环境中通过性能较好，履带上设有履齿，不易打滑，与轮式机构相比能提供较大的牵引力。例如中国专利申请公布号为CN103672293A的“一种多维检测两栖作业管道机器人”虽然克服了轮式管道机器人牵引力差、越障能力差的缺点，但该发明难以在大倾角的管道中使用，且体积较大，只能适用于大口径管线。

上述两种管道机器人通常适用于大、中口径管道的检测，为了使机器人适用于中、小口径地下管线，同时满足大管道倾角、大牵引力的要求，国内外一些机构设计了伸缩(蠕动)式管道机器人。此类机器人为了实现前进或后退，其行走结构需要进行往复伸缩的动作，其运动是间歇的，因而移动速度一般比轮式、履带式机器人慢。例如中国专利申请公布号CN103672290A的“全驱蠕动式管道机器人”克服了轮式、履带式管道机器人不适于小口径管道的缺陷，但该发明无法自主检测机器人是否可靠锁止，且防水性能较差，无法适应地下管道中的恶劣环境。

由于地下管线往往深埋，铺设环境复杂，目前各类管道机器人所使用的定位技术均有或多或少的缺陷。GPS定位与电磁定位方法无法应用于深埋地下管线中机器人的定位；单一里程计定位误差较大，且不能获得机器人运动的三维姿态；视觉定位方法目前大多处于研究阶段，实际应用中还有诸多问题。此外，上述技术更难以获得被检测地下管线的三维坐标。

综上所述，当前适用于中、小口径地下管线的管道机器人还有诸多缺点与不足。特别是针对非开挖技术铺设的地下管线，现有的管道机器人一般难以适应此类工作环境，因此需要专门设计一种新型管道机器人来满足此类需求。

发明内容

本发明的目的在于为地下管线检测领域提供一种稳定、可靠的自主检测平台，并能获得准确的地下管线三维坐标。该管道机器人主要面向非开挖技术铺设的各类地下管线，具备双向行走能力、较强的爬坡能力和优异的环境适应能力，并能适应多种不同口径的管道。此外，机器人前端配有CCD摄像头，并配有上位机系统，用户可在上位机实时观察管道内部视频图像。

伸缩式管道机器人装置包括伸缩机构、锁止机构、机器人主舱体、前支撑轮系、后支撑轮系、中支撑轮系和可拆卸铰链；

伸缩机构、锁止机构之间通过可拆卸铰链连接，伸缩机构、中支撑轮系之间通过螺栓连接，中支撑轮系、机器人主舱体之间通过可拆卸铰链连接，锁止机构、机器人主舱体之间通过可拆卸铰链连接，前支撑轮系与锁止机构之间，后支撑轮系与锁止机构之间均通过螺纹连接；

与现有的管道机器人相比，本发明的优点在于：

(1)主体结构采用多节模块设计，便于机器人顺利通过弯曲管道；

(2)机器人达到IP68的防护等级，能够长时间在地下恶劣的环境中使用；

(3)能自动检测锁止机构是否可靠锁止；

(4)设计有非接触式的限位控制装置，防止机器人动作超出安全行程；

(5)克服现有管道机器人无法准确进行自主定位的缺点，机器人配有惯性导航模块，能对机器人自身姿态和地下管线的三维坐标进行准确定位；

(6)机器人与上位机的通讯采用直流载波通讯技术，传输距离远，抗干扰能力强。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的伸缩机构结构示意图。

图3是本发明的锁止机构结构示意图。