[发明专利]一种模块化支撑履带式管道内机器人

说明书

本发明公开了一种模块化支撑履带式管道内机器人，包括主体机构、模块化支撑机构、模块化履带机构。主体机构采用中空圆柱形机架，沿圆周开有多个滑槽，用于搭载安装在机器人上的各个模块和向搭载在机器人上的模块提供动力；模块化支撑机构安装在主体机构上，采用丝杠螺母机构组成的主动适应机构与弹簧连杆滑块组成的被动适应方式相结合的设计，用于将模块化履带机构支撑在管道内。模块化履带机构采用了单条履带和电机内置驱动。本发明采用模块化设计，各模块相互独立，同时又采用了将主动适应机构和被动适应相结合的模块化支撑机构和防水的独立履带装置，提高机器人的整体性能，保障机器人在复杂的管道环境中能够更好的完成作业任务。

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种模块化支撑式管道内机器人。

技术背景

在发电、冶金、石油、化工、天然气、城市水暖供应、建筑以及军事等领域大量使用各种的管道，其承担着人类生活、生产建设、工业发展等所需物料的输送工作，在国民经济中占有极其重要的位置。在使用过程中，由于机械损伤、腐蚀、疲劳破坏及使用寿命等问题，会不可避免地造成在役管道出现明显或潜在的腐蚀减薄、孔洞、裂纹等缺陷，而如果这些缺陷问题没有被及时的发现及处理，则后期极易引发物料泄漏的事故，对财产及生命安全带来巨大的损失。

管道内机器人是一种可沿管道内行走的机构，它可以携带一种或多种传感器及操作装置(如CCD摄像机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器、管道清理装置、管道裂纹及管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、简单的操作机械手等)，在操作人员的远距离控制下进行一系列的管道检测维修作业。因此，管道内检测机器人是一种避免开掘式检测的较为理想的管道自动化检测设备。

目前，国外支撑式管道内机器人有日本立命馆大学的带不完全驱动的平行四边形驱动机构的支撑履带式管道内机器人，该机器人采用自行设计的不完全驱动的平行四边形驱动机构，使该机器人在通过性上具有良好的表现，同时它采用履带作为行走装置，增强了该机器人的移动能力。韩国成均馆大学的MRINSPECT系列已有多代，最新一代机器人—MRINSPECT系列第7代机器人采用自行设计的2-2D多输出差动齿轮组，使该机器人在仅使用一个电机的情况下可以有多个差动输出，简化了机器人的过弯控制。同时机器人的支撑机构中设置了拉簧，机器人在工作时可将支撑机构伸出，当机器人在出现故障或需要从管道内取出时，支撑机构自动缩回，便于机器人的回收。

国内支撑式管道内机器人有CN101788093B公开了一种管道机器人驱动行走机构，其结构包括本体，行走驱动单元和管径适应调节单元。该机器人由于采用每组行走驱动单元由两台电机驱动，提高了支撑轮式管内机器人的拖缆性；并且设计了管径适应调节单元，使该机器人具有一定的管径适应性。发明专利CN102913715A公开了一种小管道检测机器人，其结构包括本体，变径机构和驱动机构等。该小管道机器人实现了一个电机同时带动三个齿轮运动，从而实现小管道机器人的同轴移动；该小管道机器人具有双级弹簧的缓冲结构，适应管道的细微变形。主要用小管道检测。发明专利CN105135151A公开了一种具有主动适应和自适应功能的履带式管道机器人，该机器人采用步进电机驱动的由螺旋机构、摇杆滑块机构、平行四边形机构组成的串联式组合机构，实现主动适应不同管道直径的变化并保持履带与管道内壁之间有一定的压力，利用一组安装在丝杠螺母和滑块之间的蝶型弹簧受力后产生的变形自动适应管道内管道接头、表面凹凸不平的局部障碍等工况，采用履带作为行驶装置实现管道机器人的行驶功能。发明专利CN105465551B公开了一种柔性自适应的支撑式管道内检测机器人，该机器人的将由丝杠螺母机构组成的主动适应机构和弹簧连杆滑块机构组成的被动适应机构相结合，组成了同时具有主动适应和被动适应的柔性自适应支撑机构，增强了机器人对管径的适应能力，同时该机器人采用履带作为行走装置，增加了机器人在管道内的行走能力。

总体来说，目前的管道机器人多数适应管道能力有限，单台机器人只能适应有限直径范围的管道，当管道环境改变时，往往需要重新设计机器人。机器人结构复杂，模块化程度较低，组装需要花费大量时间，部件损坏时需要更换大量零部件。

发明内容