面向天然气管道内部探测与修复的可变形球型机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，更具体地说，特别涉及一种用于天然气管道内部探测与修复的可形变球型机器人。

背景技术：

天然气管道作为传输天然气的最主要载体，对管道的密闭性有着极为严格的要求。一旦天然气管道的密闭性不佳，出现泄漏现象，就可能引发恶性事故，带来严重损失。为此，及时且准确的发现天然气管道中存在的泄漏问题，明确具体的泄漏位置以及泄漏情况，对于防止天然气管道出现安全隐患而言是尤为关键的。

传统的管道漏损检测方法主要为基于声信号的方法，由于其检测原理简单、检测简便、效率高、局限性低、对不同管网布局的适应性好等优点被广泛应用于管道漏损检测和定位中。然而，由于对漏损声产生机理及特征认识不足，各种已有的漏损检测方法在实际应用中受到限制，尤其在检测现场存在各种管内管外干扰噪声源或只存在微小泄漏时，漏损误判和漏判率高。针对天然气管道所面临的实际泄漏定位问题，各种定位方法还不够完善。因此，当前需要一种可自由移动、性能稳定、高度灵敏的管内漏损检测装置。

同时，在确定泄漏点之后，对于管道的人为修理往往费时费力，且会对管道周围的正常生产生活带来一些不便。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型公开了一种面向天然气管道内部探测与修复的可变形球型机器人。

一种面向天然气管道内部探测与修复的可变形球型机器人，从形态上划分包括上半球和下半球，所述的上半球包括上半球壳、传感器单元、修复模块、处理器和电源，所述的下半球包括下半球壳、底板、底板舵机、电池架、内足、内足舵机、60度球瓣和连杆，所述底板分别与下半球壳和上半球壳固定连接，使机器人为完整的球型结构；

从功能上划分包括行走模块和所述的修复模块；

所述的行走模块位于所述的下半球部分，包括所述的底板舵机、内足、内足舵机、60度球瓣和连杆，其中6个底板舵机固定在所述的底板上，由连杆带动机器人腿部结构旋转；所述的机器人腿部结构由所述内足舵机、内足和60度球瓣构成，其中内足和60度球瓣固定连接，由内足舵机带动实现以球中心轴为轴心的开合运动；

所述的修复模块位于所述上半球部分，用于管道的修复。

所述机器人腿部结构中内足的外形弧面与60度球瓣内壁凹槽面实现紧密贴合。

所述的行走模块，在行走状态下采用六足外撑结构。

所述上半球壳与所述底板连接部分设置了密封圈，使上半球部分密闭。

所述的修复模块包括内置的修补机械臂、处理器和传感器单元，实现机器人在管道内的检测与修复工作。

本实用新型的有益效果在于：

1、对泄漏信号快速分析和实时修复，可直接对管道进行修复；

2、机械结构设计巧妙，工作环境适应性强；

3、两种工作方式自主转换，能动性高，自主性强；

4、低功耗工作，续航能力强；

本实用新型通过机械结构及控制器实现机器人在管道中具有球型滚动与足式爬行两种运动方式，且变形过程能够自动完成，无需手动参与。该面向天然气管道内部探测与修复的可变形球型机器人能够实现对天然气管道内部的探测和修复，具有广阔应用前景。

附图说明

图1 为本实用新型两种工作形态的结构示意图；

图2为本实用新型上半球壳的结构示意图；

图3为本实用新型的底板支撑结构示意图；

图4为本实用新型的下半球壳的结构示意图；

图5 为本实用新型的行走模块的俯视图；

图6 为本实用新型的腿部结构分解示意图；

图7 为本实用新型的连杆的结构示意图；

图8 为本实用新型的腿部结构与连杆连接示意图；

图9 为本实用新型的工作示意图；

图10为本实用新型的实物图；

图中，上半球壳1、下半球壳2、底板舵机3、第一底板舵机3-1、第二底板舵机3-2、第三底板舵机3-3、第四底板舵机3-4、第五底板舵机3-5、第六底板舵机3-6、60度球瓣4、底板5、连杆6、内足7、内足舵机8、电池架9、第一腿部结构T-1、第二腿部结构T-2、第三腿部结构T-3、第四腿部结构T-4、第五腿部结构T-5、第六腿部结构T-6。

具体实施方式

下面结合附图和实施对实用新型进一步阐述。

一种面向天然气管道内部探测与修复的可变形球型机器人，从形态上划分包括上半球和下半球。

参照图1，所述上半球部分包括上半球壳1和内置的传感器单元、修复模块、处理器、电源等。所述下半球部分包括下半球壳2，60度球瓣3，底板舵机4，底板5，连杆6，内足7，内足舵机8。所述底板5分别与下半球壳2和上半球壳1固定连接，使机器人为完整的球型结构；图1为本实用新型两种工作形态的结构图，处于被动式工作方式时行走模块腿部结构收紧，形成完整的球面结构。处于主动式工作方式时行走模块腿部结构伸展，形成外撑稳定结构，进入六足爬行状态。两种工作方式自主转换，能动性高，自主性强。

参照图2，所述上半球部分中的上半球壳结构包括上半球壳1，第一固定孔1-1，第二固定孔1-2，第三固定孔1-3，第四固定孔1-4，凹槽结构1-5。第一固定孔1-1，第二固定孔1-2，第三固定孔1-3，第四固定孔1-4分别与对应底板固定孔连接，实现上半球壳与底板固定连接。凹槽结构1-5放置密封圈，实现上半球部分密封，保障上半球部分修复模块工作环境的安全性。

参照图3，所述下半球部分中底板支撑结构包括底板5，电池架9第一舵机3-1、第二舵机3-2、第三舵机3-3、第四舵机3-4、第五舵机3-5、第六舵机3-6，舵机固定孔5-1，连接固定孔5-2。六个舵机和电池架经底板上舵机固定孔固定在底板上，底板上的八个固定孔用于与下半球壳及上半球壳的固定连接。

参照图4，所述下半球部分中下半球壳结构包括下半球壳2，第五固定孔2-1，第六固定孔2-2，第七固定孔2-3，第八固定孔2-4。所述第五固定孔2-1，第六固定孔2-2，第七固定孔2-3，第八固定孔2-4分别与底板5对应固定孔连接，实现下半球壳2与底板5的固定连接。结合图7，底板5分别与下半球壳2和上半球部分固定连接，使机器人为完整的球型结构，环境适应性强，在被动式工作方式时可实现在管道滚动前进，低功耗工作。

从功能上划分包括行走模块和所述的修复模块。

所述的行走模块位于所述的下半球部分，在行走状态下采用六足外撑结构。

参照图5，所述行走模块，由第一腿部结构T-1，第二腿部结构T-2，第三腿部结构T-3，第四腿部结构T-4，第五腿部结构T-5，第六腿部结构T-6、六个连杆、六个底板舵机和底板5构成。其中6个底板舵机固定在所述的底板5上，由连杆带动机器人腿部结构旋转。

参照图6，所述行走模块中的腿部结构包括内足舵机8，内足7，60度球瓣3，第一舵机固定孔8-1、第二舵机固定孔8-2，第一内足固定孔7-1，第二内足固定孔7-2，60度球瓣固定孔7-3。内足舵机8与内足7通过第一舵机固定孔8-1、第二舵机固定孔8-2、第一内足固定孔7-1、第二内足固定孔7-2固定连接，内足7与60度球瓣3通过60度球瓣固定孔7-3固定连接，且在内足的外形设计上，使内足的外形弧线与60度球瓣内壁凹槽紧密贴合。

参照图7，所述行走模块中的连杆结构包括连杆6，舵机连接孔6-1、6-2。连杆的两个舵机连接孔6-1、6-2分别与底板固定舵机、内足固定舵机相连，使机器人腿部具有两自由度。舵机连接孔内螺纹与指定型号舵机外螺纹契合。

参照图8，为本实用新型机器人腿部结构与连杆的连接图，由连杆6，60度球瓣3，内足舵机8，内足7构成。其中内足7和60度球瓣3固定连接，由内足舵机8带动实现以球中心轴为轴心的开合运动；所述腿部结构中内足7的外形弧面与60度球瓣3内壁凹槽面实现紧密贴合。

所述的修复模块位于所述上半球部分，用于管道的修复。所述的修复模块包括内置的修补机械臂、处理器和传感器单元，实现机器人在管道内的检测与修复工作。

参照图9，本实用新型工作过程如下，首先将启动开关，将机器人以球型模式投入管道开始工作。机器人将实时采集管道中的声信号数据，自动存储至自身SD卡中，并通过Wi-Fi对检测信息实现的远程离线发送。若检测到泄漏，机器人会自主进入六足爬行状态，由内部处理器控制腿部，行走到泄漏附近，通过修复机构实现对管道泄漏的修复工作。修复工作完成后，机器人腿部结构完全收缩，再次以球型模式在管道内运动。

参照图10，为本实用新型的一个实物，已在管道内进行了主动式和被动式两种工作方式的测试和实验。