【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管道机器人，特别涉及一种具有二级变径结构的多源传感管道内检测机器人。
技术介绍
1、管道运输作为世界第五大运输方式，为国民生产生活带来了极大的便利和巨大的经济效益，但管道在长期服役过程中由于材料缺陷、腐蚀、外部干扰等原因，会导致管道产生断裂、变形、表面损伤等问题，而管道一旦失效，极易引发重大的安全事故，严重危及当地人民的生命财产安全，并对生态环境等造成灾难性后果。大量管道由于深埋地下与存在包覆层等原因缺乏有效检测手段，这就给管道的检测和维护工作带来了很大的困难，管道内检测机器人的研究与应用，有效的解决了这一问题。现有的各类管道检测管道机器人大部分只能适用于特定管径的管道，不能自动适应不规则管道和自适应越障，而且这些管道机器人通常仅携带一种作业装置，功能单一。因此，设计一种具有主动变径和多传感器一体化集成的履带式管道内检测机器人具有重要意义。
2、专利申请号为cn202211198018.8，专利技术名称为“一种履带式管道机器人”的中国专利。该专利技术提供了一种履带式管道机器人,包括有行走装置、连接于行走装置前端的排障装置或排查装置；行走装置包括有调节机构和至少三个履带式行走机构；调节机构包括有两个固定板、均布的固定于两个固定板之间的至少三个滑动柱、固定于滑动柱上且置于两个固定板之间的第一驱动装置、通过铰轴连接于履带式行走组件的两个第一连杆；排障装置和排查装置可拆卸的连接于置于行走装置前端的固定板上。
3、但液压驱动的调节机构管道适应能力较弱，主动控制能力差，只能携带一种排障装置或排查装置，不
4、专利申请号为cn202222342889.4，专利技术名称为“管道内检测机器人”的中国专利。该专利技术公开了一种管道内检测机器人，包括两组检测机构，检测机构上相对应的一侧分别固定有连接杆和连接套筒，连接杆和连接套筒之间设有关节轴承，通过两组检测机构之间设置的关节轴承实现对两组检测机构之间的角度的调节；关节轴承上靠近连接杆的一端两侧均铰连有伸缩杆，在装置经过弯管时，将靠近弯管内侧的伸缩杆缩短，同时另一组伸缩杆伸长，即可实现检测机构的拐弯操作，使得装置能够适应于弯管和三通管的行走。该专利技术采用滑块与连接杆之间的滑动连接进行变径，这种变径方式需要人工对其进行调节，不具备管道自适应性，且越障性能差，微电机布置于足端，结构冗余动力差，不适用于垂直管道检测。
5、专利申请号为cn202110725271.3，专利技术名称为“一种自适应管径的工业管道内检测机器人”的中国专利。该专利技术公开了一种自适应管径的工业管道内检测机器人，包括结构相同的多个执行单元，相邻执行单元之间连接有连接机构，执行单元的前端设置有视觉机构，每个执行单元包括用于检测机器人在管道内移动的驱动模块和用于检测机器人进行管道内检测的检测模块，驱动模块和内检测模块均包括自适应支撑机构，驱动模块还包括设置在自适应支撑机构上的移动机构，检测模块还包括设置在自适应支撑机构上的探头机构。但是该管道机器人未配置相应的控制系统、信息采集和存储系统，通过拖缆的方式在管道外对其驱动，不能实现主动控制与信息高效传输存储，只能适用于短距离检测，驱动模块布置于变径结构末端，动力不足导致负载能力有限，机器人本体携带的传感器单一，且未携带主动照明与光线补偿装置，不适用于对管道进行内窥检测。
6、以上三种管道内检测机器人都能适用一定范围管径的管道，但缺乏主动适应能力，自主控制能力差，携带的传感器单一，不能对管道进行多传感器一体化集成检测，后两种管道机器人采用了模块化的设计方法，这种方法可以有效减小管道机器人的轴向长度，但搭载的功能模块数量有限，不能实现多功能作业和检测，由于变径机构均采用刚性连接件，因此不能适用于有管道内管道接头、表面凹凸不平的局部障碍等恶劣工况条件的管道，以上三种管道机器人虽然都能对管道进行检测，但检测手段有限，且管道机器人的自主控制能力较差，不能适用于环境复杂，有较多障碍物的管道。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具有二级变径结构的多源传感管道内检测机器人，采用二级变径机构方案克服现有管道机器人管道口径适应性差以及弯管通过性不足的问题，展现该管道机器人多体式结构灵活性与多模块组合搭载的功能性，突出管道内检测中多尺度信息融合手段，解决传统管道检测机器人管道内检测数据与功能单一问题。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种具有二级变径结构的多源传感管道内检测机器人，包括变径机构、行走机构、感知机构和连接机构；
4、所述变径机构包括变径杆支撑板、前变径杆、后变径杆、变径连杆、弹簧杆、滑块、丝杠、变径电机以及联轴器，所述前变径杆和所述后变径杆设置为两个其均通过所述变径杆支撑板与机器人外壳连接，所述前变径杆、所述后变径杆和履带轮相互连接，以构成平行四边形结构，所述机器人外壳上设置有滑块导轨，所述滑块活动设置于所述滑块导轨，所述电机的输出端通过所述联轴器连接所述丝杠，所述丝杠上设置有所述滑块，所述滑块通过所述弹簧杆带动所述后变径杆转动，以通过所述平行四边形结构，使履带轮支架远离或靠近所述机器人外壳，
5、所述行走机构设置于所述履带轮支架；
6、所述感知机构包括摄像头、激光雷达和超声检测系统，所述摄像头和激光雷达设置于机器人前端盖，用于采集管道内的图像信息和对管路环境进行形貌测绘，所述超声检测系统通过所述连接机构与管道机器人主体连接，以对管道的内部缺陷进行检测。
7、进一步地，所述变径机构：通过联轴器将电机与丝杠进行连接，然后通过对电机的控制，使丝杠上的滑块沿导轨左右移动，三组变径机构周向对称分布，前后两个变径杆通过变径杆支撑板与机器人外壳连接，变径杆支撑板通过螺丝固定在机器人外壳上，前后两个变径杆、变径连杆和履带轮支架相互连接，构成平行四边形变径机构，保持机构的相对稳定，通过电机控制实现一级主动变径。
8、进一步地，所述变径机构：前变径杆将管道机器人外壳与履带轮支架连接，后变径杆将通过弹簧杆将滑块与履带轮支架连接，使其通过弹簧杆伸缩实现管道机器人的二级被动变径。
9、进一步地，所述变径机构通过在每组履带轮上安装弹簧杆，当在管路中遇到管壁附着障碍时，由于压力的作用，与越障一侧履带轮连接的弹簧杆会被压缩，其余两侧的履带轮则正常运行，越过障碍后，被压缩的弹簧会自动伸长，重新恢复正常运行，使管道机器人具备主动越障的能力。
10、进一步地，采用平行四边形变径机构，优化机器人的整体结构，通过模块化设计方案，减小管道机器人的轴向长度，并将弹簧杆与变径杆相连，当管道机器人遇到弯管时，弹簧杆产生变形，提供履带对管壁的压力，使履带轮能够紧贴管壁，增强机器人的弯管通过性。
11、进一步地，所述履带轮支架上设置支撑轮，所述支撑轮设置4个，且支撑轮上设置至少一个所述压力传感器。
12、进一步地，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有二级变径结构的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，包括变径机构、行走机构、感知机构和连接机构；
2.如权利要求1所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述变径机构：通过联轴器将电机与丝杠进行连接，然后通过对电机的控制，使丝杠上的滑块沿导轨左右移动，三组变径机构周向对称分布，前后两个变径杆通过变径杆支撑板与机器人外壳连接，变径杆支撑板通过螺丝固定在机器人外壳上，前后两个变径杆、变径连杆和履带轮支架相互连接，构成平行四边形变径机构，保持机构的相对稳定，通过电机控制实现一级主动变径。
3.如权利要求2所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述变径机构：前变径杆将管道机器人外壳与履带轮支架连接，后变径杆将通过弹簧杆将滑块与履带轮支架连接，使其通过弹簧伸缩实现管道机器人的二级被动变径。
4.如权利要求2所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述变径机构通过在每组履带轮上安装弹簧杆，当在管路中遇到管壁附着障碍时，由于压力的作用，与越障一侧履带轮连接的弹簧杆会被压缩，其余两侧的履带轮则正常运行，越过障碍后，被压缩的弹簧会自动伸
5.如权利要求1所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，采用平行四边形变径机构，优化机器人的整体结构，通过模块化设计方案，减小管道机器人的轴向长度，并将弹簧杆与变径杆相连，当管道机器人遇到弯管时，弹簧杆产生变形，提供履带对管壁的压力，使履带轮能够紧贴管壁，增强机器人的弯管通过性。
6.如权利要求5所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述履带轮支架上设置支撑轮，所述支撑轮设置4个，且在支撑轮上设置至少一个压力传感器。
7.如权利要求1所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述感知机构包括CCD摄像头、LED灯、激光雷达，所述CCD摄像头、所述LED灯、所述激光雷达通过螺丝固定在管道机器人前端盖上，可对管壁上明显的孔洞、裂纹等损伤进行检测，并可对管内壁进行形貌检测。
8.如权利要求7所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述感知机构还包括从动里程轮、控制系统以及信息采集与存储系统，所述从动里程轮位于履带轮上，以对管道机器人进行定位，所述摄像头、激光雷达、超声检测系统、从动里程轮以及压力传感器的信号输出端连接所述控制系统的信号输入端，所述控制系统的信号输出端连接所述信息采集与存储系统。
9.如权利要求7所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述感知机构还包括超声检测系统，所述超声检测系统搭载在功能模块上，通过万向节与管道机器人主体连接，以对管道进行内部缺陷检测。
10.如权利要求1所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述连接机构包括万向节，所述万向节设置于机器人后端盖，通过各模块之间的万向节连接形成多关节结构，连接多个不同功能的模块，通过万向节将机器人主体的后端盖与功能模块的前端盖连接，实现多功能模块搭载。
...【技术特征摘要】
1.一种具有二级变径结构的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，包括变径机构、行走机构、感知机构和连接机构；
2.如权利要求1所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述变径机构：通过联轴器将电机与丝杠进行连接，然后通过对电机的控制，使丝杠上的滑块沿导轨左右移动，三组变径机构周向对称分布，前后两个变径杆通过变径杆支撑板与机器人外壳连接，变径杆支撑板通过螺丝固定在机器人外壳上，前后两个变径杆、变径连杆和履带轮支架相互连接，构成平行四边形变径机构，保持机构的相对稳定，通过电机控制实现一级主动变径。
3.如权利要求2所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述变径机构：前变径杆将管道机器人外壳与履带轮支架连接，后变径杆将通过弹簧杆将滑块与履带轮支架连接，使其通过弹簧伸缩实现管道机器人的二级被动变径。
4.如权利要求2所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，所述变径机构通过在每组履带轮上安装弹簧杆，当在管路中遇到管壁附着障碍时，由于压力的作用，与越障一侧履带轮连接的弹簧杆会被压缩，其余两侧的履带轮则正常运行，越过障碍后，被压缩的弹簧会自动伸长，重新恢复正常运行，使管道机器人具备主动越障的能力。
5.如权利要求1所述的多源传感管道内检测机器人，其特征在于，采用平行四边形变径机构，优化机器人的整体结构，通过模块化设计方案，减小管道机器人的轴向长度，并将弹簧杆与变径杆相连，当管道机器人遇到弯管时，弹簧杆产生变形，提供履带对管壁...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷冠南，周进节，沈兴全，张鹏辉，高子航，关鹏，田伟国，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。