[發(fā)明專(zhuān)利]水庫(kù)涵管檢測(cè)機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410757574.3
• 申請(qǐng)日: 2015-08-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104500914A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏旭東;陳建能;徐高歡;肖達(dá)度
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F16L55/32
• 分類(lèi)號(hào): F16L55/32;F16L101/30
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種管道機(jī)器人，具體涉及一種水庫(kù)涵管檢測(cè)機(jī)器人。

背景技術(shù)

管道作為一種方便有效的物料輸送工具，在日常生活中應(yīng)用非常廣泛。管道在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，難免出現(xiàn)裂紋、泄漏等現(xiàn)象，特別是水庫(kù)涵管，一旦發(fā)生問(wèn)題造成水庫(kù)壩體事故后果非常嚴(yán)重。水庫(kù)涵管管徑比較小，無(wú)支岔道，涵管內(nèi)壁會(huì)有苔蘚等物，底部有積水、淤泥，且伴有碎石、凹坑等障礙，人員無(wú)法直接進(jìn)入，對(duì)水庫(kù)涵管的檢測(cè)是一件非常困難的事情。只有采用管道機(jī)器人才能高效地檢測(cè)，通過(guò)其攜帶的傳感器、攝像頭等設(shè)備來(lái)完成水庫(kù)涵管的檢測(cè)工作。

現(xiàn)有的管道機(jī)器人在管道內(nèi)驅(qū)動(dòng)方式多樣，大致可分為介質(zhì)壓差式、蠕動(dòng)式、腳式、輪式、螺旋驅(qū)動(dòng)式和履帶式等幾種，但還尚未有出現(xiàn)針對(duì)水庫(kù)涵管檢測(cè)工作的專(zhuān)用管道機(jī)器人。

介質(zhì)壓差式管道機(jī)器人，是通過(guò)管內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的壓力差驅(qū)動(dòng)管道機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)，水庫(kù)涵管工作在無(wú)水壓狀態(tài)，其啟閉閥門(mén)在壩體有水一側(cè)，且涵管內(nèi)壁不平滑，故介質(zhì)壓差式管道機(jī)器人不適合水庫(kù)涵管的工作環(huán)境。

蠕動(dòng)式管道機(jī)器人通過(guò)模擬蚯蚓等尺蠖類(lèi)動(dòng)物自身的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)移動(dòng)，但其缺點(diǎn)是在管道內(nèi)移動(dòng)速度慢，波動(dòng)較大，且避障能力差，不合適水庫(kù)涵管的工作環(huán)境。

腳式管道機(jī)器人是通過(guò)多足行走方式在管道內(nèi)行走，但其缺點(diǎn)是具有較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，在步態(tài)規(guī)劃和關(guān)節(jié)間協(xié)調(diào)控制等方面難度非常高。機(jī)器人結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，需要大量的精密傳感器，研究成本和制造成本都很高，且牽引能力有限，不適合長(zhǎng)距離拖纜作業(yè)，不合適水庫(kù)涵管的工作環(huán)境。

輪式管道機(jī)器人還可區(qū)分為支撐輪式和車(chē)型式兩類(lèi)，支撐輪管道機(jī)器人采用對(duì)稱(chēng)分布的支撐輪緊貼管道內(nèi)壁，機(jī)器人中心與管道中心大致重合，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性好，一般有變徑機(jī)構(gòu)，一定范圍內(nèi)適應(yīng)不同管徑；現(xiàn)有的變徑機(jī)構(gòu)一般采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是前后輪子變化量相同，容易造成空輪運(yùn)行，不利于在管道內(nèi)平衡。車(chē)型式管道機(jī)器人在管道底部行走，由于是依靠自重提供正壓力，因此牽引能力有限，驅(qū)動(dòng)輪與管壁間易打滑，不適合水庫(kù)涵管內(nèi)爬行。

螺旋驅(qū)動(dòng)式管道機(jī)器人通常由靜止部分和旋轉(zhuǎn)部分組成，旋轉(zhuǎn)部分各輪與管壁有一夾角，依靠機(jī)器人旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)，各滾輪將沿著管壁螺旋上升，從而帶動(dòng)靜止部分沿管壁軸線運(yùn)動(dòng)，由于旋轉(zhuǎn)部分的各滾輪是沿著管壁螺旋上升，在該螺旋路徑上遇到障礙無(wú)法避開(kāi)，因此壁障能力差，不適合水庫(kù)涵管。

履帶式管道機(jī)器人依靠履帶在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，雖履帶附著力大，具有優(yōu)越的越障能力，但驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸較大，在管道內(nèi)難以調(diào)整姿態(tài)，不適合水庫(kù)涵管的工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水庫(kù)涵管檢測(cè)機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)變徑以適應(yīng)不同管徑，攝像頭居管道中心軸線上，且攝像頭的方位角保持不變，采用傾角傳感器確定管道機(jī)器人姿態(tài)角；攝像頭發(fā)現(xiàn)有凹坑、碎石等障礙時(shí)通過(guò)原地繞管道中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整姿態(tài)角避開(kāi)障礙繼續(xù)前行。

本發(fā)明包括驅(qū)動(dòng)輪組、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、連接機(jī)構(gòu)、從動(dòng)輪組、同步帶和控制系統(tǒng)；所述的驅(qū)動(dòng)輪組與從動(dòng)輪組通過(guò)連接機(jī)構(gòu)連接。

所述的驅(qū)動(dòng)輪組包括第一主安裝板、輪腿機(jī)構(gòu)和分動(dòng)系統(tǒng)；三個(gè)輪腿機(jī)構(gòu)沿圓周均布設(shè)置在第一主安裝板的側(cè)壁上，分動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在第一主安裝板的中心處。

所述的輪腿機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)向筒支承件、浮動(dòng)輪架伸縮彈簧、轉(zhuǎn)向筒、浮動(dòng)輪架、從動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪軸、驅(qū)動(dòng)輪從動(dòng)錐齒輪和驅(qū)動(dòng)輪主動(dòng)錐齒輪；所述的轉(zhuǎn)向筒通過(guò)轉(zhuǎn)向筒支承件支承在第一主安裝板的側(cè)壁上；浮動(dòng)輪架與轉(zhuǎn)向筒通過(guò)滑動(dòng)副連接，且浮動(dòng)輪架與轉(zhuǎn)向筒之間設(shè)有浮動(dòng)輪架伸縮彈簧；所述從動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)輪軸均通過(guò)軸承支承在浮動(dòng)輪架上；驅(qū)動(dòng)輪主動(dòng)錐齒輪固定在從動(dòng)軸外端；所述的驅(qū)動(dòng)輪從動(dòng)錐齒輪固定在驅(qū)動(dòng)輪軸上，并與驅(qū)動(dòng)輪主動(dòng)錐齒輪嚙合；兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)中固定在驅(qū)動(dòng)輪軸兩端。

所述的分動(dòng)系統(tǒng)包括分動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸、分動(dòng)主動(dòng)錐齒輪、分動(dòng)從動(dòng)錐齒輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)；所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的底座固定在第一主安裝板上，分動(dòng)主動(dòng)錐齒輪固定在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上；三根分動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸沿分動(dòng)主動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心均布，且均通過(guò)軸承支承在第一主安裝板上；三根分動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸的一端均固接有分動(dòng)從動(dòng)錐齒輪，另一端分別與對(duì)應(yīng)一個(gè)輪腿機(jī)構(gòu)的從動(dòng)軸內(nèi)端通過(guò)花鍵連接；三個(gè)分動(dòng)從動(dòng)錐齒輪均與分動(dòng)主動(dòng)錐齒輪嚙合。