一种用于管道维护的机器人的制作方法

1.本发明属于特种机器人领域，更具体地，涉及一种用于管道维护的机器人。


背景技术：

2.在一些特殊领域用到的管道，管道较长，但管道内径较小。在管道的内部设置有用于作业装置行走或辅助作业的导轨。导轨在工作环境中需要定期对其进行维护，包括管道内壁及导轨的清洗、维护等操作。由于导轨位于管道内部，当前采用人工来进行维护，即操作人员爬入管道后对其内壁及轨道进行观测、清洗、擦拭等维护作业。由于管道内的环境恶劣，人工操作效率极低，对操作人员操作技术要求高的同时，也影响操作人员的身心健康。


技术实现要素：

3.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于管道维护的机器人，其通过一体化的结构，实现导轨维护、清洗、涂油操作，能够有效地对管道及管道内的导轨进行维护，减少整个操作过程中的人工劳动量，实现管道维护的自动化。
4.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于管道维护的机器人，所述管道包括轴线沿水平方向延伸的管道本体和若干均布在该管道本体内周的导轨，其特征在于，所述机器人包括机架、导向机构、清洗组件、导轨维护组和用于在导轨上行走的驱动机构；
5.所述导向机构可升降安装在所述机架上，其包括若干与导轨外形相适应的导向轮和用于安装各导向轮的导向框架，所述导向轮沿导轨纵向在所述导向框架上呈直线分布；
6.所述清洗组件包括清洗喷嘴组和用于将清洗液传送到该清洗喷嘴组的流体导管；所述清洗喷嘴组安装于所述机架，以用于对管道内壁进行清洗；
7.所述导轨维护组包括若干导轨维护装置；对于每个所述导轨维护装置而言，其各自包括安装基座、吹干喷嘴、擦拭片和留有若干出油孔的涂油块，所述擦拭片、涂油块和吹干喷嘴沿维护机器人行进方向在所述安装基座上依次布置，并且所述涂油块和擦拭片均可升降安装在所述安装基座上，所述安装基座则安装在所述机架上；
8.所述驱动机构设置在所述机架上，以用于驱动所述机架在导轨上行走。
9.优选地，所述清洗喷嘴组包括第一清洗喷嘴和第二清洗喷嘴并且它们分别安装在所述机架上，以分别用于清洗管道内壁和管道底部。
10.优选地，所述导轨维护组包括第一维护组件、第二维护组件、第三维护组件和第四维护组件这四个导轨维护装置并且它们分别安装在所述机架上；其中，所述第二维护组件和第三维护组件分别可转动安装在所述机架上，以便于所述第二维护组件和第三维护组件的折叠。
11.优选地，所述第二维护组件和第三维护组件通过旋转固定机构安装在所述机架上；所述旋转固定机构包括旋转气缸、同步齿条板和两个旋转锁紧组件并且它们均设置在所述机架上；所述旋转气缸连接所述同步齿条板；对于每个所述旋转锁紧组件而言，其分别
包括旋转齿轮、锁紧齿轮和锁紧气缸，所述锁紧气缸连接所述锁紧齿轮；所述同步齿条板的两侧均留有齿条，分别用于与一所述旋转锁紧组件的旋转齿轮啮合，以便于带动固定套装在所述旋转齿轮上的导轨维护装置的转动。
12.优选地，还包括注油驱动组件，其包括快换油筒、注油接口、注油管、注油丝杠和与该快换油筒内径相适应的注油活塞；所述快换油筒安装在所述机架上，该快换油筒上留有用于所述注油活塞出入的开口，并且所述快换油筒、注油接口和注油管依次连通；所述注油丝杠可活动安装在所述机架上并且连接所述注油活塞，以便于带动位于所述快换油筒内的注油活塞做直线运动。
13.优选地，所述注油活塞远离所述注油接口的最大行程大于所述快换油筒的长度，以便于更换所述快换油筒。
14.优选地，所述注油丝杠外露于所述机架的部分连接有注油把手。
15.优选地，所述机架上留有用于容纳所述快换油筒的容置槽，并且所述容置槽的槽壁上留有便于所述注油丝杠伸入的通孔以及用于安装注油接口的贯穿孔。
16.优选地，所述机架上还设置有容置槽盖板组件，所述容置槽盖板组件包括容置槽盖板、锁舌、锁体、锁舌弹簧和锁舌安装座；固定于所述容置槽盖板的所述锁体上留有与所述锁舌相适应的限位孔，在所述锁舌安装座相对锁体的限位孔处留有盲孔，所述锁舌弹簧、锁舌从内到外依次连接且设置在该盲孔内，使得锁舌弹簧卡紧伸入锁体的限位孔内的锁舌；所述锁舌安装座的表面留有连通所述盲孔的贯穿孔，以便于推动锁舌远离锁体，进而实现解锁。
17.优选地，所述驱动机构设置在所述机架上，其包括主动同步带轮、被动同步带轮、同步带、走行支架和驱动电机；所述主动同步带轮和被动同步带轮分别可转动安装在所述走行支架上，以用于套装所述同步带；所述驱动电机安装在所述走行支架上，以用于驱动所述主动同步带轮转动，从而使所述同步带在管道内导轨上行走。
18.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
19.(1)本发明利用设置在机架上的导向机构实现导向及横向限位，而且机架上还设置有清洗组件和导轨维护组，以用于对管道内壁以及管道内的导轨进行维护，并且通过设置在机架底部的驱动机构实现机器人的自动行走，从而实现对管道的自动、高效率维护。
20.(2)本发明通过设置若干清洗喷嘴和若干维护组件，能够针对性地对管道内壁和轨道进行维护，其中有可以进行折叠的维护组件，以便于机器人进出管道并根据管道内的情况做出适应性调整，从而提高机器人的环境适应性。
21.(3)本发明利用旋转固定机构的设置，实现对维护组件的固定卡位，从而保证维护组件在折叠状态和工作状态下的稳定性。
22.(4)本发明通过注油驱动组件，有效实现对各维护组件的涂油部件进行供油，并且丝杠行程足以脱离快换油筒的内部，从而使得快换油筒可以进行更换，其结构紧凑、有序，便于设备的维护。
23.(5)本发明结构简单，操作简便，能够实现对管道内部的自动化维护，减小人工劳动量的同时，提高管道维护的质量。
附图说明
24.图1是本发明中一种用于轨道维护的机器人展开工作状态结构示意图；
25.图2是本发明中一种用于轨道维护的机器人折叠收纳状态结构示意图；
26.图3是本发明的注油机构的剖视图；
27.图4是本发明的油筒盖板组件的结构示意图；
28.图5是本发明的旋转固定机构的结构示意图；
29.图6是本发明的驱动机构的结构示意图；
30.图7是本发明的导轨维护组的结构示意图。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
32.如图1～图7所示，一种用于管道维护的机器人，所述管道包括轴线沿水平方向延伸的管道本体和若干均布在该管道本体内周的导轨。更具体地说，该管道长8.5m，管道内壁按上下左右安装4根8.5m长的导轨，其中上导轨截面为“凹”字形。管道内的维护作业包括对管道内部和四根导轨表面进行观测、清洗、吹干、擦拭、涂油等工作。所述机器人包括机架1、导向机构2、清洗组件3、导轨维护组4和用于在导轨上行走的驱动机构6；
33.所述机架1为高强度铝合金壳体，其外形采用封闭长方体结构；为了加工和装配的方便，将该机架1分为上中下三层，层与层之间连接端面均设置有0型圈，确保密封防水，并且通过隐藏式螺钉连接。所述机架1位于机器人行进方向的端面设置有主摄像头，以及便于主摄像头工作的照明灯。
34.所述导向机构2可升降安装在所述机架1上，以便于机器人在管道内进行适应性调整，同时方便机器人在管道内的进出。优选地，所述导向机构2通过气缸来实现升降。所述导向机构2包括若干与导轨外形相适应的导向轮21和用于安装各导向轮21的导向框架22，各所述导向轮21上具有突出部，以便于卡入导轨上的凹陷处，从而起到限位导向的作用，并且所述导向轮21沿导轨纵向在所述导向框架22上呈直线分布。
35.所述清洗组件3包括清洗喷嘴组31和用于将清洗液传送到该清洗喷嘴组31的流体导管32，所述机架1上设置有水源接口，该水源接口与所述流体导管32相连接，以便于将所述水源接口中的水经由所述流体导管32；所述清洗喷嘴组31安装于所述机架1，以用于对管道内壁进行清洗；
36.所述导轨维护组4包括若干导轨维护装置；对于每个所述导轨维护装置而言，其各自包括安装基座401、吹干喷嘴402、擦拭片403和留有若干出油孔的涂油块404，所述擦拭片403、涂油块404和吹干喷嘴402沿维护机器人行进方向在所述安装基座401上依次布置，并且所述涂油块404和擦拭片403均通过气缸可升降安装在所述安装基座401上，所述安装基座401则安装在所述机架1上；所述导轨维护装置还包括安装在所述安装基座401上的导轨监控摄像头，以便于查看管道内的导轨状态。
37.所述驱动机构6设置在所述机架1上，以用于驱动所述机架1在导轨上行走。
38.进一步，所述清洗喷嘴组31包括第一清洗喷嘴311和第二清洗喷嘴312并且它们分别安装在所述机架1的前部和底部。所述第一清洗喷嘴311安装在所述机架1的前部，该第一清洗喷嘴311采用旋转花洒喷头，能够产生多股具有较大冲击力的旋转水射流，可以360度全方位冲洗管壁，有效清理管道的前端盖及管壁泥沙。第二清洗喷嘴312包括两个水汽两用的喷嘴，其分别通过喷嘴安装座安装在所述机架1底部的两侧，且同时与位于管道底部的导轨成45度，喷嘴产生两个具有较大冲击力的射流，可以进一步将管道内的积沙或淤泥冲到管道外面，提高管道底部处理泥沙冲洗能力。
39.进一步，所述导轨维护组4包括第一维护组件41、第二维护组件42、第三维护组件43和第四维护组件44这四个导轨维护装置并且它们分别安装在所述机架1上；其中，第一维护组件41和第二维护组件42分别设置在所述机架1的顶部和底部，分别用于对上轨道和下轨道的进行清理和维护；所述第二维护组件42和第三维护组件43分别可转动安装在所述机架1上，以便于所述第二维护组件42和第三维护组件43的折叠，从而使机器人能够在管道内进行适应性调整，并且方便机器人在管道内的进出。
40.进一步，所述第二维护组件42和第三维护组件43通过旋转固定机构5安装在所述机架1上；所述旋转固定机构5包括旋转气缸51、同步齿条板52和两个旋转锁紧组件53并且它们均设置在所述机架1上；所述旋转气缸51连接所述同步齿条板52；对于每个所述旋转锁紧组件53而言，其分别包括旋转齿轮531、旋转齿轮532和锁紧气缸533，所述锁紧气缸533连接所述旋转齿轮532；所述同步齿条板52的两侧均留有齿条，分别用于与一所述旋转锁紧组件53的旋转齿轮531啮合，以便于带动固定套装在所述旋转齿轮531上的导轨维护装置的转动，从而实现所述第二维护组件42和所述第三维护组件43在工作状态和非工作状态的稳定性。
41.进一步，还包括注油驱动组件7，其包括快换油筒71、注油接口72、注油管73、注油丝杠74和与该快换油筒71内径相适应的注油活塞76，以及注油锥套77、密封圈78、注油从动惰轮79、注油从动惰轮轴80、注油主动齿轮81、注油主动齿轮轴82；所述快换油筒71安装在所述机架1上，该快换油筒71上留有用于所述注油活塞76出入的开口，并且所述快换油筒71、注油锥套77、注油接口72和注油管73依次连通；所述密封圈78设置在所述注油活塞76的周向，以用于防止位于所述快换油筒71内的黄油溢出；所述注油丝杠74通过所述注油主动齿轮81和注油从动惰轮79可活动安装在所述机架1上并且连接所述注油活塞76，以便于带动位于所述快换油筒71内的注油活塞76做直线运动。所述注油主动齿轮81通过注油驱动电机和注油减速机来进行驱动及减速。
42.进一步，所述注油活塞76远离所述注油接口72的最大行程大于所述快换油筒71的长度，以便于更换所述快换油筒71。也即，所述注油丝杠74可带动所述注油活塞76脱离所述快换油筒71，使得所述注油丝杠74不会阻碍所述快换油筒71的拆卸及安装。
43.进一步，所述注油丝杠74外露于所述机架1的部分连接有注油把手75，以便于通过注油把手75来控制所述注油丝杠74的进出。
44.进一步，所述机架1上留有用于容纳所述快换油筒71的容置槽11，并且所述容置槽11的槽壁上留有便于所述注油丝杠74伸入的通孔以及用于安装注油接口72的贯穿孔。也即，所述快换油筒71安装在位于机架1上的容置槽11内，所述注油丝杠74、注油接口72则通过位于容置槽11上的孔洞与所述快换油筒71连接。
45.进一步，所述机架1上还设置有容置槽盖板组件12，所述容置槽盖板组件12包括容置槽盖板121、锁舌122、锁体123、锁舌弹簧124和锁舌安装座125；固定于所述容置槽盖板121的所述锁体123上留有与所述锁舌122相适应的限位孔，在所述锁舌安装座125相对锁体123的限位孔处留有盲孔，所述锁舌弹簧124、锁舌122从内到外依次连接且设置在该盲孔内，使得锁舌弹簧124卡紧伸入锁体123的限位孔内的锁舌122；所述锁舌安装座125的表面留有连通所述盲孔的贯穿孔，以便于推动锁舌122远离锁体123，进而实现解锁。也即，安装在所述机架1上的锁舌安装座125通过锁舌122、锁体123的配合结构，实现所述容置槽盖板121的锁定或者打开，并且所述容置槽盖板121位于所述容置槽11的表面，以用于覆盖位于所述容置槽11内的快换油筒71。
46.进一步，所述驱动机构6设置在所述机架1上，其包括主动同步带轮61、被动同步带轮62、同步带63、走行支架64和驱动电机65；所述主动同步带轮61和被动同步带轮62分别可转动安装在所述走行支架64上，以用于套装所述同步带；所述驱动电机65安装在所述走行支架64上，以用于驱动所述主动同步带轮61转动，从而使所述同步带63在管道内导轨上行走。采用这种传动方式，具有准确的传动比，从而保证了行走控制的精准性；其结构更加紧凑，体积更小。
47.本发明附带有外部监控操作箱，其上有用于显示管道内情况的显示屏，并且设置有用于操纵机器人在管道内进行作业的按钮。此外，所有的气缸均可以换成相应的电机。
48.本发明提供的一种用于管道维护的机器人具体的工作流程如下：
49.(1)将外部监控操作箱、机器人、水源、气源以及电源进行连接。
50.(2)打开外部监控操作箱“电源开关”按钮，电源开始供电。
51.(3)将机器人以收缩状态放入管道尾部入口处，手动按下机器人尾部的导向机构2升降按钮，此时机器人的导向机构2会上升至工作位置；人工辅助导向机构2中的导向轮21凸起部位卡入在管道上导轨相应凹槽内，机器人进入工作初始状态，此时摄像头和照明灯光开启。
52.(4)打开外部监控操作箱的“测距”按钮，测距功能开启，同时设置初始位置以及最大行程。
53.(5)监测作业：打开外部监控操作箱的“监测”按钮，此时左右导轨维护装置旋转至90
°
展开，然后再打开外部监控操作箱的“前进”按钮，机器人则沿轨道向前行进，此时可以根据实际需要调节“行走速度”旋钮来改变机器人行进速度，主摄像头反馈管内环境信息，机器人行进至管道顶端时，自动停止向前行进，接下来关闭“前进”按钮并打开“后退”按钮，机器人则沿轨道后退行走，退回至管道入口处，自动停止后退，然后关闭“后退”按钮；关闭“监测”按钮，左右导轨维护装置旋转回收至折叠位置。
54.(6)擦拭作业：打开外部监控操作箱的“擦拭”按钮，左右导轨维护装置旋转至90
°
展开，导轨维护装置前部的擦拭模块在驱动气缸的作用下，带动左、右擦拭片403伸展，擦拭片403与左、右导轨表面接触，与此同时上、下两个擦拭模块也在相应驱动气缸的作用下，带动上、下擦拭片403伸展与上、下导轨表面接触；然后再打开外部监控操作箱的“前进”按钮，机器人则沿轨道向前行进，机器人行进至管道顶端时，自动停止向前行进，接下来关闭“前进”按钮并打开“后退”按钮，机器人则沿轨道后退行走，退回至管道入口处，自动停止后退，然后关闭“后退”按钮；接着关闭“擦拭”按钮，四个擦拭模块在驱动气缸的作用下与四个导
轨面分离至初始位置，接下来左右导轨维护装置旋转回收至折叠位置。
55.(7)冲洗作业：打开外部监控操作箱的“监测”按钮，此时左右导轨维护装置旋转至90
°
展开，将挡水板置于管道入口相应卡槽处，然后再打开“前进”按钮，机器人则沿轨道向前行进，与此同时打开“端盖清洗”按钮，机器人前部旋转花洒开始旋转喷水清洗作业，摄像头反馈管内清洗情况。机器人行进至管道顶端时，自动停止向前行进，关闭“端盖清洗”按钮并打开“导轨清洗”按钮，机器人底部喷嘴开始喷水清洗作业，接下来关闭“前进”按钮并打开“后退”按钮，机器人则沿轨道后退行走，机器人退回至管道入口处，自动停止后退，关闭“导轨清洗”按钮，然后再关闭“后退”按钮，最后关闭“监测”按钮，左右导轨维护装置旋转回收至折叠位置。
56.(8)吹干作业：打开外部监控操作箱的“吹干”按钮，左右导轨维护装置旋转至90
°
展开后，开始对导轨面进行吹气，然后打开“前进”按钮，机器人则沿轨道向前行进进行吹干作业，机器人行进至管道顶端时，自动停止向前行进，接下来关闭“前进”按钮并打开“后退”按钮，机器人则沿轨道后退行走，退回至管道入口处，自动停止后退，然后关闭“后退”按钮；关闭“吹干”按钮，左右导轨维护装置旋转回收至折叠位置。
57.(9)涂油作业：打开外部监控操作箱的“前进”按钮，机器人则沿轨道向前行进，机器人行进至管道顶端时，自动停止向前行进，接下来关闭“前进”按钮，打开“涂油”按钮，左右导轨维护装置旋转至90
°
展开，导轨维护装置前部的涂油模块在驱动气缸的作用下，带动左、右涂油块404伸展与左、右导轨表面接触，与此同时上、下两个涂油模块也在相应驱动气缸的作用下，带动上、下涂油块404伸展与上、下导轨表面接触；然后再打开“后退”按钮，机器人则沿轨道后退行走，退回至管道入口处，自动停止后退，然后关闭“后退”按钮；接着关闭“涂油”按钮，四个涂油模块在驱动气缸的作用下与四个导轨面分离至初始位置，接下来左右导轨维护装置旋转回收至折叠位置，最后打开“涂油复位”按钮，进行涂油电机复位，复位完成后，关闭“涂油复位”按钮，更换新的油盒。
58.(10)手动按下机器人尾部的导向机构2升降按钮，降下导向机构2，然后关闭“电源开关”按钮，机器人断电，拆除连接，进行设备装箱回收。
59.整个作业过程中，视频进行全程监控并录像，若发生故障，可启动“急停”按钮，此时机器人的左、右导轨维护装置回缩，行走电机停止工作。
60.本发明的驱动机构6上设置用于安装导轨维护装置、导向机构2、清洗组件3的机架1，其具有结构紧凑、体积小，并且能够进行一定程度上的伸缩，具有较好的环境适应性，从而能够适应狭小管道内的维护要求。在机器人行进过程中，导向机构2能够为其提供良好的支撑和导向作用，从而保证机器人有稳定的工作状态；用于管道维护的机器人可以在管道内的导轨上运行，同时通过设置在机架1上的导轨维护装置对导轨进行涂油、擦拭、吹干等操作，以保证管道内的导轨处于良好的状态；通过清洗组件3对管道的管壁以及导轨进行清洗，从而提高管道内的泥沙处理能力。
61.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。