[发明专利]一种管道爬行机器人及其爬行方法

说明书

本发明公开一种管道爬行机器人及其爬行方法，所述管道机器人包括四个结构相同且依次首尾相连的伸缩机构，所述伸缩机构包括：上支撑板、下支撑板、第一支撑连杆、第二支撑连杆、支撑台、箱体、第一电动机、第二电动机、第一偏心轮和第二偏心轮；本发明通过控制模块对两个电动机进行同步控制，从而驱使伸缩机构收缩或拉伸，并通过四个伸缩机构的相互配合，使管道机器人能够在管道内爬行运动；通过控制模块对两个电动机进行差动控制，从而驱使伸缩机构的两个偏心轮转动角度不同，使伸缩机构朝管道转弯方向转弯，本发明的机器人能适应复杂的管道内部环境，可以高效地代替人类执行管道探测、维修、清扫等作业任务。

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体是一种管道爬行机器人及其爬行方法。

背景技术

作为全球5大运输方式之一，油气运输在国民经济中占有很重要的地位，管道运送石油和天然气有着广泛的应用。一旦运输油气的管道产生损坏和泄露，将造成巨大的损失。管道一般都深埋在地下，海底或建筑物内，这为人工检修带来了很大的不便。而对管道挖掘进行检修的传统方式又会造成管道的损坏和人力的浪费。因此，对管道的检测工作一直是各个国家关注的问题。

在如今，随着信息技术和控制技术的提高，机器人技术得到的巨大的发展。各种功能的机器人也出现在人们的生产和生活当中，而管道机器人的研究也开始进行。管道机器人是一种配置各种传感检测仪器、控制器和执行操作机构，代替人类执行管道探测、维修、清扫等作业任务的自动化或半自动化机器系统。利用管道机器人进入管道内部，完成检测和修复的工作，不仅降低了工人的劳动强度，而且提高了检测的效率和稳定性。因此，管道机器人有很重要的研究意义。

蠕动式管道机器人采用仿生学原理，模仿蚯蚓，毛毛虫等动物的运动方式。其运动过程如下：首先机器人前端张紧贴住管道，后端脱离向前运动；之后后端张紧贴住管道，前端向前运动，从而实现前后端的伸长运动。相比于轮式机器人，该类型机器人的优点是越障能力较强，能够通过较大弯曲半径的轨道，且对管壁的磨损较小。但由于蠕动式管道机器人大多采用气动驱动，牵引力有限，且运动方式能量损耗较大，常用于小管径短距离的管道检测。

公开号为CN107842666A的中国发明专利公开了一种仿毛虫蠕动管道爬行机器人及其控制方法，该机器人包括夹持模块、位移模块、蠕动关节和一个转动关节；其中，夹持模块通过锥齿轮传动机构把电机的转矩传递到丝杆上，从而使得丝母滑块沿丝杆方向移动，通过剪式机构通过杠杆原理夹紧力大和夹紧时往前收缩的特点，实现手爪在管外的夹紧和在管内的支撑；位移模块通过两个气缸伸长距离不同和电机带动主动连板转动的组合运动，使夹持模块在平面内灵活转动；然后通过两手爪的交替夹持运动和伸缩关节电缸的往复直线运动，使机器人沿管道蠕动爬行；该申请具有管内爬行和管外爬行的两种工作模式；但是，但是其结构比较复杂，成本较高；且其位移模块采用气动驱动，牵引力有限，运动方式能量损耗较大，且不适用于弯管爬行。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种管道爬行机器人及其爬行方法，该机器人结构简单、成本低廉，由电机驱动爬行，能耗较低，能适应管道内部复杂的环境，可以顺畅通过管道转弯部分。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种管道爬行机器人，包括四个结构相同且依次首尾相连的伸缩机构，分别为第一伸缩机构、第二伸缩机构、第三伸缩机构和第四伸缩机构；所述伸缩机构包括：上支撑板、下支撑板、第一支撑连杆、第二支撑连杆、支撑台、箱体、第一电动机、第二电动机、第一偏心轮和第二偏心轮；所述第一伸缩机构的上支撑板上设有用于探测管道内部障碍或者弯道的探测单元；