[发明专利]多运动模态管道外壁攀爬检测机器人

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术和自动化领域，特别涉及一种多运动模态管道外壁攀爬检测机器人。

背景技术

管道机器人是工业机器人领域的一个重要组成部分，目前越来越受到人们的重视。管道机器人可以分为管内机器人和管外机器人两种。管外机器人可以用于各种管道、电缆等外表面的检测和维护等作业。现代工农业生产和正常生活中用到了大量的管道，而大多数工业管道中含有有毒、高温等流体，这些流体一旦泄露出来将会造成重大的人员伤亡和财产损失，后果将不可估量。因此采用管外机器人代替人类进行管道的检测和维护是必不可少的。如果这些任务仍然让人执行，不仅会消耗大量的人力物力，效率低，危险系数高，而且有些高空作业等场合靠人类本身根本无法做到，此时管外机器人就显示出了明显的优越性。

目前工业上用到的管道的种类和布置方式非常复杂，具有管径多变，弯道为L型、T型等复杂形状，管道上有管道接头、阀门、支撑架等障碍物的特点。要想完全适应这样复杂的工作环境，管外机器人必须具备能适应不同管径，顺利通过复杂管道形状和障碍物的能力。在某些特殊情况下，需要机器人可以在两个相邻管道件切换运动路径，这就需要机器人具有跨越相邻管道的能力。

目前管外机器人主要采用蠕动式和车轮滚动式的移动方式。蠕动式管外机器人采用电机、气缸、液压缸作为驱动装置，通过几个模块之间的协调工作进行夹紧、伸缩、松弛等动作实现在管道外的移动功能。车轮滚动式管外机器人通过驱动轮与管道外壁的摩擦力实现沿管道的移动功能。目前现有的管外机器人仍有许多缺点：例如结构复杂，重量大，通用性差，无法适合各种复杂的管道布置结构。例如：中国发明专利CN102975783A公开了一种单轮式管外爬管机器人，该机器人可以通过直管、弯管和十字架弯道并且可以围绕管道做旋转运动。该机器人通过内置电机的运动轮提供运动，通过转向机构使机器人围绕管道做圆周运动，通过抱臂装置的调节适应管道的直径。中国发明专利CN104972460A公开了一种多关节全向式管外机器人，该机器人具有全向式运动能力，可通过弯管与三通、四通等管道连接处，具备翻越阀门、法兰盘、支架等外部障碍物的能力，可实现相邻管道间的跨越运动。上述第一种机器人只能够在管道上运动，不具备翻越管道上障碍的能力，并且只能适应单一的管径。而第二种机器人结构复杂、控制困难、稳定性差，很难被广泛的应用。

中国发明专利CN102700643A公开了一种管外行走机器人，该机器人由前后两节车体组成，两节车体通过平面铰链机构连接，两节车体架底面装有抱管行走机构，可以实现沿管道直线运动，绕管道转圈，跨越十字型和L型管道的功能。但是，该机器人只能适应同一种管径的管道，必须通过更换不同的支撑滚轮与滚轮的直径，以适应不同管径管道的应用，而且无法实现跨越两平行管道的运动。前车体和后车体的左行走滚轮和右行走滚轮交叉排布并且与管道成一定角度，这样当沿管道直线运动或者旋转运动时都会产生与前进方向相垂直的分力，给驱动装置和传动装置带来额外的阻力和负担，严重影响机器人的性能和寿命，滚轮也易于磨损。中国发明专利CN104787142A公开了一种双向轮式管外爬管机器人，该机器人由基座、翻转装置、直行装置、旋转装置、锁紧装置和平衡装置组成，可以实现通过弯道，十字形管道，而且还可以围绕管道进行360度绕行。但是，该机器人只能适应极小范围内的管道直径，并且不具备跨越两平行管道的能力。其双向轮的设计导致当主轮或辅轮中的一个沿管道滚动时，另一个必然与管道发生拖行现象，产生摩擦力，阻碍运动，影响机器人的性能。美国发明专利US20140156067A1公开了一种管道检测机器人，可以沿管道移动，跨越管道接口障碍物，通过L型管。但是，该机器人也只能适应极小范围内的管道直径，无法在两个管道件跨越，结构复杂，重量大。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种多运动模态管道外壁攀爬检测机器人。本发明要解决的技术问题是：现有的管外机器人一般都不具备适应多变管径，通过L型、T型等复杂管道的功能，而且不具备通过管道接头、支撑梁等障碍物的能力，在相邻管道间切换运动管道也很难实现。除此之外，现有的管外机器人结构复杂，重量和尺寸都比较大，无法适用一些具有低载荷要求的管道，例如塑料管道等。为了使该机器人能够更好地在错综复杂的管道间攀爬，将机器人的控制系统集成在机器人本体上，操作人员通过手持控制终端即可完成管道图像的观察和对机器人的运动控制。

一种多运动模态管道外壁攀爬检测机器人，包括：