阅读说明：本技术 一种可控速的无动力管道检测机器人 () 是由 李柏松 于佳玮 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于管道检测设备技术领域,具体涉及一种可控速的无动力管道检测机器人,包括壳体和设置于壳体内部的第一旋转装置、第二转动装置和驱动装置,第一旋转装置和第二旋转装置分别设置在壳体的两端,第一旋转装置与驱动装置啮合连接,驱动装置通过驱动第一旋转装置使壳体轴向转动,第一旋转装置和第二旋转装置之间设置有至少一组的轮组模块,轮组模块通过设置第一电磁阻尼电机以调节机器人的行进速度。与现有技术相比,本发明通过第一电磁阻尼电机调节机器人的行进速度,实现了稳定的主动控速,另外,通过驱动装置驱动第一旋转装置转动,继而使壳体在行进过程也保持转动,因此,增大了壳体表面的检测传感器的检测面积,省却了大量的检测成本。()

一种可控速的无动力管道检测机器人

技术领域

本发明属于管道检测设备技术领域，具体涉及一种可控速的无动力管道检测机器人。

背景技术

管道作为一种用于输送气体、液体或带固体颗粒流体的装置，在石油、化工等行业应用十分广泛。但管道经过长期的使用，容易存在着化学腐蚀、机械破损和管道老化等问题。由于管道通常埋设在地下而且布置复杂，往往是人们不易或不能直接接触的，因此，在管道内进行检测与维修非常困难。

针对上述情况，现有技术中开发出了管道机器人替代工人进入管道中进行检测与维修的工作，根据控速的方式，这类机器人通常分为泄流型、阻力型和组合型，其中，泄流型主要依靠压差和流量来进行控速，如中国专利CN200820072700.1公开了一种流体驱动速度可调式管道爬行器，该方案中设置了节流阀，利用节流阀来控制流体的流量以及液压差，从而实现了爬行速度的调节；而阻力型则依靠与管壁的摩擦力来控速，如中国专利CN201710135224.5公开的一种管道检测维护机器人，通过在前部前箱体和后部后箱体四周均布设置6个摩擦轮，通过摩擦轮在弹簧张力的作用下保持时刻紧压着管道内壁进行控制速度；而组合型则是泄流型与阻力型的组合方式，如中国专利CN201611012603.9公开的一种组合式调速清管器，通过刹车片和液压式反馈调节回路调节节流阀的方式进行控制。然而，上述方式均为存在一定的缺陷：泄流型的控速区间较小，在可压缩流体中控速不稳定，且管道机器人自身需要消耗大量电能用以时时刻刻调节阀门开度；而阻力型摩擦易发热容易磨损，降低了机器人的使用寿命，增加了管道检测与维修的运营成本；液压反馈型则无法进行主动控速，不利于控制。

有鉴于此，有必要对上述现有技术进行合理性改进以满足实际的使用需要。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供的一种可控速的无动力管道检测机器人，通过在轮组模块上设置第一电磁阻尼电机，有效解决了机器人不能主动控速的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可控速的无动力管道检测机器人，包括壳体和设置于所述壳体内部的第一旋转装置、第二转动装置和驱动装置，所述第一旋转装置和所述第二旋转装置分别设置在所述壳体的两端，所述第一旋转装置与所述驱动装置啮合连接，所述驱动装置通过驱动所述第一旋转装置使所述壳体轴向转动，所述第一旋转装置和所述第二旋转装置之间设置有至少一组的轮组模块，所述轮组模块通过设置第一电磁阻尼电机以调节所述机器人的行进速度。

需要说明的是，在本发明中，机器人在管道内依靠管道中的流体作用力实现行进，通过在轮组模块上设置第一电磁阻尼电机，根据第一电磁阻尼电机提供的阻力，进而对机器人的行进速度进行调节，实现了主动控速的效果。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述轮组模块包括支架和分别设置于所述支架两侧的滚轮组件，所述支架上设置有所述第一电磁阻尼电机、离合器和换向器，所述离合器与所述第一电磁阻尼电机的输出端连接，所述换向器通过所述离合器同时连接两侧的所述滚轮组件，两侧所述滚轮组件均与所述第一电磁阻尼电机联动配合。其中，离合器可以用于对滚轮组件进行制动，起到了刹车的作用，保证机器人能在管道关键易损的部位停留，以便实施精密的检测以及搭载一些修补的设备进行紧急的修补；而换向器则可以调节滚轮组件的方向，进而可以根据管道的形状来控制机器人的行进方向；另外，为了防止第一电磁阻尼电机、离合器、换向器和滚轮组件在使用过程中的碰撞损害，还可以在支架和滚轮组件上分别设置挡板，起到了保护的作用，提高装置的使用寿命。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述滚轮组件包括滚轮安装座、转盘固定座、轮板、避震器、连接齿轮和滚轮，所述滚轮安装座和所述转盘固定座均固定安装在所述支架上，所述避震器与所述轮板固定连接，所述轮板设置于所述滚轮安装座的两侧，所述连接齿轮和所述滚轮设置于两块所述轮板之间，所述连接齿轮和所述滚轮啮合连接。其中，连接齿轮可根据实际需要设置为一个以上，起到了传动的作用；而增设避震器，有助于降低滚轮组件在行进过程中受到的震动，提高检测过程中的稳定性。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述第一旋转装置包括第一滑块、第一环形滑轨、第一固定环和内齿圈，所述第一滑块分别与所述内齿圈和所述壳体固定连接，所述第一滑块滑动设置于所述第一环形滑轨，所述第一固定环设置于其中一侧的所述滚轮安装座和所述转盘固定座之间，所述第一环形滑轨固定在所述转盘固定座上。其中，内齿圈在驱动装置的啮合作用下转动，可带动第一滑块在第一环形滑轨上滑动，而壳体与第一滑块固定连接，因此，壳体也跟着转动，提高了壳体上的检测传感器的检测面积。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述第二旋转装置包括第二滑块、第二环形滑轨和第二固定环，所述第二滑块与所述壳体固定连接，所述第二滑块滑动设置于所述第二环形滑轨，所述第二固定环设置在另一侧的所述滚轮安装座和所述转盘固定座之间，所述第二环形滑轨固定在所述转盘固定座上。第二旋转装置主要起到辅助转动的作用，保证壳体转动过程的顺畅性。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述驱动装置包括主轴体、驱动风扇和进气道，所述主轴体通过转轴支架安装在所述壳体内，所述驱动风扇设置于所述进气道内，所述驱动风扇通过一轴承件与所述主轴体轴向连接，所述驱动风扇的周侧上固定安装有驱动齿圈，所述驱动齿圈与所述内齿圈啮合连接，所述驱动风扇内部设置有扇叶，所述驱动风扇与所述主轴体之间设置有第二电磁阻尼电机。驱动风扇通过驱动齿圈带动第一旋转装置和壳体的转动，在第二电磁阻尼电机的作用下，可用于调节转速，使得传感器转动平稳，提高检测精度；另外，由于扇叶的角度可进行调节，因此，也可以利用调节扇叶的角度来协同第一电磁阻尼电机一起实现整体装置的减速，进一步提高主动控速的效果。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述主轴体内部密封设置有储电池，所述第一电磁阻尼电机和所述第二电磁阻尼电机均与所述储电池电极连接且分别将产生的电流存储于所述储电池。增设储电池，有助于将第一电磁阻尼电机和第二电磁阻尼电机在降速时产生的电流进行存储，从而提供给机器人上的电器元件进行使用，提高了续航的能力。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述壳体表面设置有多个不同种类的检测传感器，所述检测传感器沿所述壳体的周径阵列排布。传统的管道机器人通常设置有大量的传感器，因此，检测的成本较高，而本发明的方案中，由于壳体在行进的过程中可以转动，因此，壳体上的检测传感器也可以跟着实现转动，因此，径向和轴向的检测面积可以得到明显的提升，从而只需较少量的检测传感器即可达到相同的几何检测目的，从而可以省却大量的检测成本。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述主轴体与所述转轴支架之间设置有拍摄装置，所述拍摄装置包括摄像头、摄像头安装座和保护壳，所述摄像头安装于所述摄像头安装座，所述摄像头和所述摄像头安装座均容纳于所述保护壳内，所述保护壳的一端密封设置有保护罩。增设摄像头，可用于对管道内的环境进行拍摄，方便工作人员实时了解管道内的情况；另外，为了保证拍摄的效果，摄像头可采用球形多角度的摄像头，增大拍摄的范围，而保护罩可采用透明的玻璃罩，通过密封设置，防止管道内的液体或气体进入保护壳内，从而对摄像头造成损坏，提高了使用的寿命。

作为对本发明中所述的可控速的无动力管道检测机器人的改进，所述主轴体的两端与所述转轴支架之间分别设置有万向接头。由于管道的检测有时候比较复杂，需要多个机器人进行配合检测，因此，在主轴体上设置万向接头有助于将两个或以上的管道机器人进行首尾连接，实现精确检测。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1)本发明在轮组模块上设置第一电磁阻尼电机，通过调节感应电流的大小可以控制第一电磁阻尼电机中的电磁阻尼，为机器人的行进过程中提供一定的阻力，进而起到了调节机器人行进速度的作用，实现了主动控速的效果，同时，通过降速使第一电磁阻尼电机产生电流，将该部分电能存储到电池中，为机器人提供储备用电，避免了能量的损失，显著地增强了机器人的主动控速能力和续航能力；

2)本发明设置有检测传感器旋转平台，通过驱动装置驱动第一旋转装置，继而使壳体发生同轴转动，由于壳体的周径上阵列排布设置有检测传感器，因此，壳体转动过程中，传感器也跟着转动，相比传统的固定式传感器，本发明中的检测传感器的径向和轴线的检测面积均得到了大幅增加，从而可以通过减少检测传感器的数量达到相同的几何检测目的，大大地节省了检测的成本；

3)本发明设置有刹车系统，通过在轮组模块上设置离合器，在进行检测前可先通过流体模拟结果和有限元分析等间接检测手段检测确定易损部位，在机器人行进至该部位时，利用离合器制动，使机器人可以停留在该易损部位进行更为精密的检测，提高了检测的精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明中实施例1的结构示意图；

图2为本发明中实施例1的分解示意图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为图2中B处的放大图；

图5为图2中C处的放大图；

图6为本发明中的轮组模块的结构示意图；

图7为本发明中实施例2的结构示意图之一；

图8为本发明中实施例2的结构示意图之二；

其中，1-壳体；2-第一旋转装置；3-第二转动装置；4-驱动装置；5-轮组模块；6-拍摄装置；7-万向接头；11-转轴支架；12-检测传感器；21-第一滑块；22-第一环形滑轨；23-第一固定环；24-内齿圈；31-第二滑块；32-第二环形滑轨；33-第二固定环；41-主轴体；42-驱动风扇；43-进气道；44-轴承件；51-支架；52-滚轮组件；61-摄像头；62-摄像头安装座；63-保护壳；64-保护罩；411-储电池；421-驱动齿圈；422-扇叶；423-第二电磁阻尼电机；511-第一电磁阻尼电机；512-离合器；513-换向器；514-联轴器；521-滚轮安装座；522-转盘固定座；523-轮板；524-避震器；525-连接齿轮；526-滚轮。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1～6所示，一种可控速的无动力管道检测机器人，包括壳体1和设置于壳体1内部的第一旋转装置2、第二转动装置3和驱动装置4，第一旋转装置2和第二旋转装置3分别设置在壳体1的两端，第一旋转装置2与驱动装置4啮合连接，驱动装置4通过驱动第一旋转装置2使壳体1轴向转动，第一旋转装置2和第二旋转装置3之间设置有至少一组的轮组模块5，轮组模块5通过设置第一电磁阻尼电机511以调节机器人的行进速度。在本发明的方案中，机器人在管道内依靠管道中的流体作用力实现行进，通过在轮组模块5上设置第一电磁阻尼电机511，根据第一电磁阻尼电机511提供的阻力，进而对机器人的行进速度进行调节，实现了主动控速的效果；另外，通过降速第一电磁阻尼电机511，还能产生一定的电能供机器人作为后备电源，因此，提高了能量的利用率，增强了机器人的续航能力。

优选的，轮组模块5包括支架51和分别设置于支架51两侧的滚轮组件52，支架51上设置有第一电磁阻尼电机511、离合器512和换向器513，离合器512与第一电磁阻尼电机511的输出端连接，换向器513通过离合器512同时连接两侧的滚轮组件52，两侧滚轮组件52均与第一电磁阻尼电机511联动配合。其中，离合器512可以用于对滚轮组件52进行制动，起到了刹车的作用，保证机器人能在管道关键易损的部位停留，以便实施精密的检测以及搭载一些修补的设备进行紧急的修补；而换向器513则可以调节滚轮组件52的方向，进而可以根据管道的形状来控制机器人的行进方向；另外，为了防止第一电磁阻尼电机511、离合器512、换向器513和滚轮组件52在使用过程中的碰撞损害，还可以在支架51和滚轮组件52上分别设置挡板，起到了保护的作用，提高装置的使用寿命。

优选的，滚轮组件52包括滚轮安装座521、转盘固定座522、轮板523、避震器524、连接齿轮525和滚轮526，滚轮安装座521和转盘固定座522均固定安装在支架51上，避震器524与轮板523固定连接，轮板523设置于滚轮安装座521的两侧，连接齿轮525和滚轮526设置于两块轮板523之间，连接齿轮525和滚轮526啮合连接。其中，连接齿轮525可根据实际需要设置为一个以上，起到了传动的作用；而增设避震器524，有助于降低滚轮组件52在行进过程中受到的震动，提高检测过程中的稳定性。

优选的，第一旋转装置2包括第一滑块21、第一环形滑轨22、第一固定环23和内齿圈24，第一滑块21分别与内齿圈24和壳体1固定连接，第一滑块21滑动设置于第一环形滑轨22，第一固定环23设置于其中一侧的滚轮安装座521和转盘固定座522之间，第一环形滑轨22固定在转盘固定座522上；第二旋转装置3包括第二滑块31、第二环形滑轨32和第二固定环33，第二滑块31与壳体1固定连接，第二滑块31滑动设置于第二环形滑轨32，第二固定环33设置在另一侧的滚轮安装座521和转盘固定座522之间，第二环形滑轨32固定在转盘固定座522上。其中，内齿圈24在驱动装置4的啮合作用下转动，可带动第一滑块21在第一环形滑轨22上滑动，而壳体1与第一滑块21固定连接，因此，壳体1也跟着转动，提高了壳体1上的检测传感器12的检测面积。而第二旋转装置3则主要起到辅助转动的作用，保证壳体1转动过程的顺畅性。

优选的，驱动装置4包括主轴体41、驱动风扇42和进气道43，主轴体41通过转轴支架11安装在壳体1内，驱动风扇42设置于进气道43内，驱动风扇42通过一轴承件44与主轴体41轴向连接，驱动风扇42的周侧上固定安装有驱动齿圈421，驱动齿圈42与内齿圈24啮合连接，驱动风扇42内部设置有扇叶422，驱动风扇42与主轴体41之间设置有第二电磁阻尼电机423。驱动风扇42通过驱动齿圈421带动第一旋转装置2和壳体1的转动，在第二电磁阻尼电机423的作用下，可用于调节转速，使得壳体1上的检测传感器12转动平稳，提高检测精度；另外，由此扇叶422的角度可进行调节，因此，也可以通过调节扇叶422的角度来协同第一电磁阻尼电机511一起实现整体装置的减速，进一步提高主动控速的效果。

优选的，主轴体41内部密封设置有储电池411，第一电磁阻尼电机511和第二电磁阻尼电机423均与储电池411电性连接且分别将产生的电流存储于储电池411。增设储电池411，有助于将第一电磁阻尼电机511和第二电磁阻尼电机423在降速时产生的电流进行存储，从而提供给机器人上的电器元件进行使用，提高了续航的能力。

优选的，壳体1表面设置有多个不同种类的检测传感器12，检测传感器12沿壳体1的周径阵列排布。传统的管道机器人通常设置有大量的传感器，因此，检测的成本较高，而本发明的方案中，由于壳体1在行进的过程中可以转动，因此，检测传感器12也可以实现转动，因此，径向和轴向的检测面积可以得到明显的提升，从而只需较少量的检测传感器12即可达到相同的几何检测目的，从而可以省却大量的检测成本。

优选的，主轴体41与转轴支架11之间设置有拍摄装置6，拍摄装置6包括摄像头61、摄像头安装座62和保护壳63，摄像头61安装于摄像头安装座62，摄像头61和摄像头安装座62均容纳于保护壳63内，保护壳63的一端密封设置有保护罩64。摄像头61用于对管道内的环境进行拍摄，方便工作人员实时了解管道内的情况；为了保证拍摄的效果，摄像头61可采用球形多角度的摄像头，增大拍摄的范围，而保护罩64可采用透明的玻璃罩，通过密封设置，防止管道内的液体或气体进入保护壳63内，从而对摄像头61造成损坏，提高了使用的寿命。

本发明在实际应用的过程中，通过发射舱将本发明的管道机器人送入至管道中，管道机器人会跟随管内的介质流动，管道机器人携带的管径记录器、拍摄装置6和检测传感器12会对整个管路的情况进行周向和轴向的检测。里程轮中的编码器会记录管道机器运动的距离测算当前速度，最终所有数据包括位置信息和对应的管道信息将会存入机载存储器中。当在间接分析的薄弱管段和焊缝处时会通过控制器调节第一电磁阻尼电机511的电磁阻尼和扇叶422的角度来控制整个装置的运动速度。而需精确检测的部分，将会由离合器512切换至刹车模式，以此暂停管道机器人运动，在静止状态下进行耗时较长的精密检测，最终，在管道机器人离开管道回收后将数据进行建模，用所得数据和模型，依照油气长输管道定性和定量缺陷评价标准，给出在役长输管道剩余使用寿命的计算值。

实施例2

如图7～8所示，与实施例1中不同的是，本实施例中主轴体41的两端与所述转轴支架11之间分别设置有万向接头7，通过该万向接头7可将两个或以上的管道检测机器人进行首尾相连，从而提供了更多种的检测功能和续航功能，使得本发明适用于复杂的管道检测，大大提高了检测能力和适应能力。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。