一种能够自由角度翻转的管外实时监测爬行机器人

1.本发明涉及管道工程机械设备维护领域，尤其涉及一种能够自由角度翻转的管外实时监测爬行机器人。


背景技术：

2.管外爬行机器人是为了取代部分人工而发展起来的一门技术，其可以应对有毒有害环境或狭小、复杂的位置环境，同时也具有较好的安全性和高效性。爬行机器人要在管道外进行监测、维修等作业，且环境复杂，不宜将结构设计得十分复杂，同时又要使机器人能够应对复杂的管道线路，因此其灵活性是设计过程中的重要指标；其次爬行机器人在运动过程中的状态及周围的环境变量需要及时检测，这样可以帮助管理人员及时了解作业状态并适时做出调整。目前的一些管道爬行机器人可以在以上两个方面进行改进和完善。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种能够自由角度翻转的管外实时监测爬行机器人，能够适应复杂管道路线，可以实现水平和垂直方向变角度的翻转或组合运动，方便进行管道全周状态监测。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种能够自由角度翻转的管外实时监测爬行机器人，包括第一至第二驱动机构、第一至第二连接件、以及翻转机构；所述第一驱动机构、第二驱动机构结构相同，均包含固定板、抓抱组件和感应组件；所述固定板在其长度方向上呈轴对称；所述抓抱组件包含支撑滚筒、支撑支架、抓抱电机、升降板、第一至第二铰接杆、以及第一至第二抓抱单元；所述支撑支架固定在所述固定板的下端面；所述支撑滚筒设置在所述支撑支架上，能够相对支撑支架自由转动；令经过固定板的对称轴且垂直于固定板的平面为平面a，所述支撑滚筒关于平面a对称，支撑滚筒的轴线平行于所述固定板且垂直于固定板的对称轴；所述抓抱电机固定在所述固定板上，其输出轴朝下、轴线位于所述平面a上且垂直于所述固定板，抓抱电机的输出轴上设有外螺纹；所述升降板中心设有和所述抓抱电机输出轴上外螺纹相匹配的螺纹孔，且升降板两侧对称设有第一铰接座、第二铰接座；所述第一至第二抓抱单元结构相同，均包含抱臂、平动支架、平动电机、驱动滚筒；所述抱臂呈h形，包含第一侧杆、第二侧杆和连接杆，其中，所述第一侧杆、第二侧杆平行设置；所述连接杆的两端分别和第一侧杆、第二侧杆垂直固连；所述平动支架和所述第一侧杆、第二侧杆的下端固连；所述驱动滚轮设置在所述
平动支架上，能够相对所述平动支架自由转动；所述平动电机固定在所述平动支架上，其输出轴和所述驱动滚轮的转轴同轴固连，用于驱动所述驱动滚轮转动；所述升降板平行设置在所述固定板下方，其上螺纹孔和所述抓抱电机的输出轴螺纹相连；所述第一至第二抓抱单元分别设置在所述升降板两侧，且第一、第二抓抱单元关于平面a对称设置，其中，所述第一、第二抓抱单元中抱臂的第一侧杆、第二侧杆的上端均和所述固定板铰接，使得第一、第二抓抱单元的抱臂均能够相对固定板自由转动；所述第一铰接杆一端和所述升降板上的第一铰接座铰接，另一端和所述第一抓抱单元中抱臂的连接杆铰接；所述第二连接杆一端和所述升降板上的第二铰接座铰接，另一端和所述第二抓抱单元中抱臂的连接杆铰接；所述抓抱电机用于控制所述升降板升降进而通过所述第一铰接杆、第二铰接杆带动所述第一抓抱单元、第二抓抱单元打开或闭合，当所述第一抓抱单元、第二抓抱单元闭合时，第一抓抱单元的驱动滚轮、第二抓抱单元的驱动滚轮、支撑滚轮能够贴合所需爬行的管道且对该管道形成三角包围；当所述第一抓抱单元、第二抓抱单元打开时，所述第一抓抱单元的驱动滚轮、第二抓抱单元的驱动滚轮之间的最短距离大于所需爬行管道的直径；所述感应组件包含感应支架、感应电机、驱动齿轮、感应半环、以及m个距离传感器，m为大于等于3的自然数；所述感应半环呈半圆环状，其外壁上设有和所述驱动齿轮相匹配的弧形齿条，且其两侧侧壁上对称设有凸起的第一滑轨、第二滑轨；所述第一滑轨、第二滑轨呈半圆环状，和所述感应半环同心；所述感应支架固定在所述固定板的下端面，其上分别设有和所述第一滑轨、第二滑轨对应的第一滑槽、第二滑槽；所述感应半环的第一滑轨、第二滑轨分别感应支架上的第一滑槽、第二滑槽对应配合，使得感应半环能够相对所述感应支架自由滑动；所述感应半环垂直于所述平面a且感应半环的圆心位于平面a上；所述感应电机固定在所述感应支架上，其输出轴和所述驱动齿轮的转轴同轴固连；所述驱动齿轮和所述感应半环外壁的弧形齿条啮合；所述感应电机用于驱动所述感应半环在感应支架的第一滑槽、第二滑槽上滑动；所述m个距离传感器等距均匀设置在所述感应半环的内壁上，用于测量其所在处和所需爬行管道外壁之间的距离；所述第一至第二连接件均呈u字形，包含两个侧板和一个底板；所述底板的两端分别和第一侧板、第二侧板垂直固连；所述翻转机构包含壳体、第一至第二翻转电机、第一至第二主动翻转齿轮、以及第一至第二被动翻转齿轮；所述壳体中空；所述第一被动翻转齿轮、第二被动翻转齿轮均设置在所述壳体内，能够相对壳体自由转动；所述第一被动翻转齿轮转轴的两端伸出壳体外，分别和所述第一连接件第一侧板、第二侧板的内壁垂直固连，使得第一连接件能够相对壳体自由转动；所述第二被动翻转齿轮转轴的两端伸出壳体外，分别和所述第二连接件第一侧板、第二侧板的内壁垂直固连，使得第二连接件能够相对壳体自由转动；所述第一被动翻转齿轮、第二被动翻转齿轮的转
轴相互垂直；所述第一翻转电机、第二翻转电机均固定在所述壳体上， 其中，所述第一翻转电机的输出轴和所述第一主动翻转齿轮的转轴同轴固连，且所述第一主动翻转齿轮和所述第一被动翻转齿轮啮合，所述第一翻转电机用于通过所述第一主动翻转齿轮、第一被动翻转齿轮带动所述第一连接件转动；所述第二翻转电机的输出轴和所述第二主动翻转齿轮的转轴同轴固连，且所述第二主动翻转齿轮和所述第二被动翻转齿轮啮合，所述第二翻转电机用于通过所述第二主动翻转齿轮、第二被动翻转齿轮带动所述第二连接件转动；所述第一连接件的底板和所述第一驱动机构的固定板固连，第一连接件和经过第一驱动机构固定板的对称轴且垂直于第一驱动机构固定板的平面共面，且第一连接件关于第一驱动机构固定板所在平面对称；所述第二连接件的底板和所述第二驱动机构的固定板固连，第二连接件和第二驱动机构的固定板共面，且第二连接件关于第二驱动机构固定板的对称轴对称。
5.作为本发明一种能够自由角度翻转的管外实时监测爬行机器人进一步的优化方案，所述第一驱动机构、第二驱动机构的固定板上均设有若干通槽，以减轻重量。
6.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明通过第一、第二驱动机构的感应组件感应其和所需爬行的管道之间的距离，换算后控制第一、第二驱动机构的抓抱组件工作，将所需爬行的管道牢牢抓住，同时通过驱动第一、第二驱动机构中各个抓抱单元的平动电机工作，使得机器人能够在管道上自由爬行，而通过翻转机构和第一、第二驱动机构的配合又使得机器人能够在管道上进行自由角度的翻转。本发明能够适应较为复杂的管道线路，实现水平、垂直不同角度的变换，结构简单，并且包含管外传感器监测机构，能够实现管道整个圆周的监测，从而提高机器人作业能力和效率。
附图说明
7.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明中第一驱动机构中抓抱组件除去支撑滚筒、支撑支架后的结构示意图；图3是本发明中第一驱动机构感应组件的结构示意图；图4是本发明中翻转组件的结构示意图；图5是本发明进行水平翻转的运动示意图；图6是本发明进行垂直翻转的运动示意图。
8.图中，1-第一驱动机构的固定板，2-第一驱动机构的支撑支架，3-第一驱动机构的支撑滚筒，4-第一驱动机构的抓抱电机，5-第一驱动机构第一抓抱单元的抱臂，6-第一驱动机构第一抓抱单元的平动电机，7-第一驱动机构第一抓抱单元的驱动滚筒，8-第一驱动机构第一抓抱单元的平动支架，9-第一驱动机构感应组件的感应支架，10-第一驱动机构感应组件的感应半环，11-第一驱动机构感应组件的感应电机，12-第一连接件，13-翻转机构，14-第二连接件，15-升降板，16-驱动齿轮，17-感应半环的第一滑轨，18-感应支架的第一滑槽，19-距离传感器，20-翻转机构的壳体，21-第一翻转电机，22-第一主动翻转齿轮，23-第一被动翻转齿轮，24-第二翻转电机，25第二被动翻转齿轮，26-第二主动翻转齿轮。
具体实施方式
9.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
10.如图1所示，本发明公开了一种能够自由角度翻转的管外实时监测爬行机器人，包括第一至第二驱动机构、第一至第二连接件、以及翻转机构；所述第一驱动机构、第二驱动机构结构相同，均包含固定板、抓抱组件和感应组件；所述固定板在其长度方向上呈轴对称；所述抓抱组件包含支撑滚筒、支撑支架、抓抱电机、升降板、第一至第二铰接杆、以及第一至第二抓抱单元；所述支撑支架固定在所述固定板的下端面；所述支撑滚筒设置在所述支撑支架上，能够相对支撑支架自由转动；令经过固定板的对称轴且垂直于固定板的平面为平面a，所述支撑滚筒关于平面a对称，支撑滚筒的轴线平行于所述固定板且垂直于固定板的对称轴；所述抓抱电机固定在所述固定板上，其输出轴朝下、轴线位于所述平面a上且垂直于所述固定板，抓抱电机的输出轴上设有外螺纹；所述升降板中心设有和所述抓抱电机输出轴上外螺纹相匹配的螺纹孔，且升降板两侧对称设有第一铰接座、第二铰接座；如图2所示，所述第一至第二抓抱单元结构相同，均包含抱臂、平动支架、平动电机、驱动滚筒；所述抱臂呈h形，包含第一侧杆、第二侧杆和连接杆，其中，所述第一侧杆、第二侧杆平行设置；所述连接杆的两端分别和第一侧杆、第二侧杆垂直固连；所述平动支架和所述第一侧杆、第二侧杆的下端固连；所述驱动滚轮设置在所述平动支架上，能够相对所述平动支架自由转动；所述平动电机固定在所述平动支架上，其输出轴和所述驱动滚轮的转轴同轴固连，用于驱动所述驱动滚轮转动；所述升降板平行设置在所述固定板下方，其上螺纹孔和所述抓抱电机的输出轴螺纹相连；所述第一至第二抓抱单元分别设置在所述升降板两侧，且第一、第二抓抱单元关于平面a对称设置，其中，所述第一、第二抓抱单元中抱臂的第一侧杆、第二侧杆的上端均和所述固定板铰接，使得第一、第二抓抱单元的抱臂均能够相对固定板自由转动；所述第一铰接杆一端和所述升降板上的第一铰接座铰接，另一端和所述第一抓抱单元中抱臂的连接杆铰接；所述第二连接杆一端和所述升降板上的第二铰接座铰接，另一端和所述第二抓抱单元中抱臂的连接杆铰接；所述抓抱电机用于控制所述升降板升降进而通过所述第一铰接杆、第二铰接杆带动所述第一抓抱单元、第二抓抱单元打开或闭合，当所述第一抓抱单元、第二抓抱单元闭合时，第一抓抱单元的驱动滚轮、第二抓抱单元的驱动滚轮、支撑滚轮能够贴合所需爬行的管道且对该管道形成三角包围；当所述第一抓抱单元、第二抓抱单元打开时，所述第一抓抱单
元的驱动滚轮、第二抓抱单元的驱动滚轮之间的最短距离大于所需爬行管道的直径；如图3所示，所述感应组件包含感应支架、感应电机、驱动齿轮、感应半环、以及m个距离传感器，m为大于等于3的自然数；所述感应半环呈半圆环状，其外壁上设有和所述驱动齿轮相匹配的弧形齿条，且其两侧侧壁上对称设有凸起的第一滑轨、第二滑轨；所述第一滑轨、第二滑轨呈半圆环状，和所述感应半环同心；所述感应支架固定在所述固定板的下端面，其上分别设有和所述第一滑轨、第二滑轨对应的第一滑槽、第二滑槽；所述感应半环的第一滑轨、第二滑轨分别感应支架上的第一滑槽、第二滑槽对应配合，使得感应半环能够相对所述感应支架自由滑动；所述感应半环垂直于所述平面a且感应半环的圆心位于平面a上；所述感应电机固定在所述感应支架上，其输出轴和所述驱动齿轮的转轴同轴固连；所述驱动齿轮和所述感应半环外壁的弧形齿条啮合；所述感应电机用于驱动所述感应半环在感应支架的第一滑槽、第二滑槽上滑动；所述m个距离传感器等距均匀设置在所述感应半环的内壁上，用于测量其所在处和所需爬行管道外壁之间的距离；所述第一至第二连接件均呈u字形，包含两个侧板和一个底板；所述底板的两端分别和第一侧板、第二侧板垂直固连；如图4所示，所述翻转机构包含壳体、第一至第二翻转电机、第一至第二主动翻转齿轮、以及第一至第二被动翻转齿轮；所述壳体中空；所述第一被动翻转齿轮、第二被动翻转齿轮均设置在所述壳体内，能够相对壳体自由转动；所述第一被动翻转齿轮转轴的两端伸出壳体外，分别和所述第一连接件第一侧板、第二侧板的内壁垂直固连，使得第一连接件能够相对壳体自由转动；所述第二被动翻转齿轮转轴的两端伸出壳体外，分别和所述第二连接件第一侧板、第二侧板的内壁垂直固连，使得第二连接件能够相对壳体自由转动；所述第一被动翻转齿轮、第二被动翻转齿轮的转轴相互垂直；所述第一翻转电机、第二翻转电机均固定在所述壳体上， 其中，所述第一翻转电机的输出轴和所述第一主动翻转齿轮的转轴同轴固连，且所述第一主动翻转齿轮和所述第一被动翻转齿轮啮合，所述第一翻转电机用于通过所述第一主动翻转齿轮、第一被动翻转齿轮带动所述第一连接件转动；所述第二翻转电机的输出轴和所述第二主动翻转齿轮的转轴同轴固连，且所述第二主动翻转齿轮和所述第二被动翻转齿轮啮合，所述第二翻转电机用于通过所述第二主动翻转齿轮、第二被动翻转齿轮带动所述第二连接件转动；所述第一连接件的底板和所述第一驱动机构的固定板固连，第一连接件和经过第一驱动机构固定板的对称轴且垂直于第一驱动机构固定板的平面共面，且第一连接件关于第一驱动机构固定板所在平面对称；所述第二连接件的底板和所述第二驱动机构的固定板固连，第二连接件和第二驱动机构的固定板共面，且第二连接件关于第二驱动机构固定板的对称轴对称。
11.作为本发明一种能够自由角度翻转的管外实时监测爬行机器人进一步的优化方案，所述第一驱动机构、第二驱动机构的固定板上均设有若干通槽，以减轻重量。
12.如图5、6所示，所述管外爬行机器人具有水平和垂直翻转运动的能力，初始状态如图1所示，通过第一驱动机构、第二驱动机构依附在管道上。在行至管道线路变化处，可通过翻转机构，实现特定角度水平或垂直方向的翻转。
13.本发明通过第一、第二驱动机构的感应组件感应其和所需爬行的管道之间的距离，换算后控制第一、第二驱动机构的抓抱组件工作，将所需爬行的管道牢牢抓住，同时通过驱动第一、第二驱动机构中各个抓抱单元的平动电机工作，使得机器人能够在管道上自由爬行，而通过翻转机构和第一、第二驱动机构的配合又使得机器人能够在管道上进行自由角度的翻转。
14.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
15.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。