[发明专利]用于管道内孔质量检测的微型移动机器人及其控制方法

权利要求书

1.一种用于管道内孔质量检测的微型移动机器人，其特征在于：包括依次同轴安装连接的旋转扫描模块、前定心导向模块、驱动行走模块、后定心导向模块和测量控制模块，所述各个模块具有相同的公共轴心线；

所述旋转扫描模块包括驱动旋转机构和传感检测机构，驱动旋转机构驱动传感检测机构绕其轴心线旋转；所述传感检测机构包括旋转套筒，所述旋转套筒在直径方向上对称安装一对用于检测管道内孔几何参数的第一测距传感器，所述一对第一测距传感器的安装间距与第一测距传感器的两倍测量量程之和不小于管道内孔的直径；所述旋转套筒在另一直径方向上偏心安装用于检测管道内孔表面质量的视觉传感器和检测微型移动机器人位置的第二测距传感器；所述驱动旋转机构上设有转角传感器；所述视觉传感器、第一测距传感器、第二测距传感器和转角传感器与测量控制模块电连接；

所述前定心导向模块和后定心导向模块结构相同，包括导向轮调节机构和3个沿导向轮调节机构圆周方向上均匀分布的导向轮，导向轮调节机构均匀同步调节导向轮的径向移动，控制导向轮与管道内孔内壁保持接触或分离；所述导向轮调节机构与测量控制模块电连接；

所述驱动行走模块驱动旋转扫描模块、前定心导向模块、后定心导向模块和测量控制模块沿内孔轴向移动，所述驱动行走模块与测量控制模块电连接。

2.根据权利要求1所述的用于管道内孔质量检测的微型移动机器人，其特征在于：所述驱动旋转机构包括旋转基座、固定基座、旋转保持架和扫描电机，所述旋转基座与旋转套筒同轴固定连接，旋转保持架与固定基座同轴固定连接；所述旋转基座与固定基座通过第一滚动轴承同轴活动连接，所述固定基座内安装扫描电机，扫描电机通过传动机构驱动旋转基座绕公共轴心线相对于固定基座转动，扫描电机末端同轴安装有转角传感器；所述旋转基座与旋转保持架之间同轴活动连接，旋转基座相对于旋转保持架轴向固定但可周向转动。

3.根据权利要求2所述的用于管道内孔质量检测的微型移动机器人，其特征在于：所述旋转保持架包括内圈和外圈；所述内圈和外圈的后部同轴固定连接，内圈和外圈的前部之间隔空形成与其同轴的阶梯圆周槽；所述阶梯圆周槽包括第一圆周槽和第二圆周槽，第二圆周槽的外径大于第一圆周槽外径且内径小于第一圆周槽内径；

所述旋转基座与第一圆周槽之间连接三根沿圆周均匀分布的保持螺栓，三根保持螺栓分布圆周与第一圆周槽的半径相同；所述保持螺栓的一端与旋转基座连接，另一端穿过第一圆周槽与保持螺母固定连接，保持螺母位于中段圆周槽中；所述保持螺栓和保持螺母可绕公共轴线分别沿第一圆周槽和第二圆周槽转动。

4.根据权利要求1至3任一项所述的用于管道内孔质量检测的微型移动机器人，其特征在于：所述导向轮调节机构包括导向基座、导向端盖、导向电磁铁、导向圆锥轴、轴向弹簧、定位支架；所述导向基座内设有第一轴向孔和第二轴向孔，第二轴向孔的直径大于第一轴向孔，导向基座上与第二轴向孔相对应位置沿圆周方向均匀布置与导向轮数量对应的径向孔；

所述导向端盖内设有第三轴向孔，导向端盖与导向基座同轴固定连接；

所述导向圆锥轴包括前段、中段和后段，所述前段和后段为圆轴，中段为圆锥轴，所述导向圆锥轴中段的大端直径大于小端直径；

所述导向圆锥轴的前段活动安装于第一轴向孔中，中段活动安装于第二轴向孔中，后段活动安装于第三轴向孔中，所述导向圆锥轴可沿三个轴向孔轴向移动；

所述导向电磁铁固定安装于第一轴向孔中，轴向弹簧套于导向圆锥轴的前段，轴向弹簧两端分别与导向基座和导向圆锥轴大端圆锥端面保持接触；所述导向电磁铁通过通断电控制导向圆锥轴的轴向移动；

所述每个径向孔中活动安装定位支架，所述定位支架包括大径段和小径段，大径段的内端面与导向圆锥轴接触，导向轮活动安装在定位支架小径段的外端，可绕定位支架的外端沿轴向滚动；所述定位支架的小径段上套装径向弹簧，径向弹簧两端分别与大径段和导向基座保持接触；所述导向圆锥轴的轴向移动通过圆锥面和径向弹簧控制定位支架的径向移动。