管道机器人行走结构、管道机器人及其驱动方法与流程

本申请涉及管道机器人技术领域，具体而言，涉及一种管道机器人行走结构、管道机器人及其驱动方法。

背景技术：

目前在特殊管道环境下如煤矿，石油井，易燃易爆场景对管道机器人作业要求十分严厉，且管道内环境较为恶劣。

现有的管道机器人为电力驱动，在特殊管道环境中使用的话，容易引起安全事故。

技术实现要素：

本申请提供了一种管道机器人行走结构、管道机器人及其驱动方法，管道机器人行走结构、管道机器人及其驱动方法能够解决现有的管道机器人不便在特殊管道环境中使用的问题。

第一方面，本申请提供了一种管道机器人行走结构。管道机器人行走结构包括轨道、动子模块、行走模块、气源装置以及至少一个补气站。轨道内部形成行走空腔，轨道形成有连通行走空腔的第一气口和第二气口，第一气口和第二气口分别位于行走空腔的两端。动子模块可滑动地设于行走空腔中。行走模块可滑动地设于轨道且位于行走空腔外，行走模块与动子模块磁力耦合。气源装置连接第一气口和第二气口，当气源装置通过第一气口和第二气口中的一者向行走空腔输气，通过第一气口和第二气口中的另一者从行走空腔抽气时，能够驱动动子模块在行走空腔中移动，从而带动行走模块同步运动。至少一个补气站位于第一气口和第二气口之间，每一个补气站连接气源装置和行走空腔，以向行走空腔输气和抽气。

上述方案中，提供了一种能够安全地在特殊管道环境(易燃易爆场景)中使用的管道机器人行走结构。轨道设于特殊管道内，气源装置连接第一气口和第二气口，以对轨道内部的行走空腔进行输气和抽气操作，动子模块随气流在行走空腔内移动。由于动子模块与行走模块磁耦合，故行走模块能够跟随动子模块沿着轨道行走，将摄像机模块安装于行走模块，摄像机模块能够随行走模块在特殊管道内移动，从而获取管道内的图像。其中，当需要使得行走模块沿第一气口至第二气口的方向移动时，气源装置由第一气口向行走空腔输送气体，由第二气口抽出行走空腔中的气体，使得气流沿第一气口至第二气口的方向流动，从而能够通过气流推动动子模块。当需要使得行走模块沿第二气口至第一气口的方向移动时，气源装置由第一气口抽出行走空腔内的气体，由第二气口向行走空腔中输送气体，使得气流沿第二气口至第一气口的方向流动，从而能够通过气流推动动子模块。行走模块是通过气动结合磁耦合的方式驱动的，为此，行走模块能够安全地在特殊管道中移动，不会引起安全事故。其中，由于存在轨道过长，导致动力不足的情况发生，设计了补气站，在动子模块行走于行走空腔的途中，通过其中一个补气站时，该补气站会向行走空腔中输送气体，从而持续的提供动力，同时位于动子模块的行走前方的其余补气站可以从行走空腔中抽气，以提高行走空腔中的压力差，使得动子模块具有足够的动力移动。

可选地，在一种可能的实现方式中，气源装置包括储气罐、主气站、气管以及副气站；

主气站连接于储气罐，副气站通过气管连通于储气罐；

主气站连接第一气口，主气站具有向第一气口输气的第一状态，以及从第一气口抽气的第二状态；

副气站连接第二气口，副气站具有从第二气口抽气的第三状态，以及向第二气口输气的第四状态。

可选地，在一种可能的实现方式中，主气站和副气站均包括气泵。

可选地，在一种可能的实现方式中，主气站和副气站均包括气压表。

可选地，在一种可能的实现方式中，管道机器人行走机构还包括控制终端，控制终端用于控制气源装置以及补气站。

可选地，在一种可能的实现方式中，行走模块设有计米器，计米器用于计算行走模块移动的距离。

可选地，在一种可能的实现方式中，行走模块设有电子标签，轨道间隔设有用于感应电子标签的感应器。

第二方面，本申请提供一种管道机器人，管道机器人包括摄像机模块以及第一方面提供的管道机器人行走结构，摄像机模块设于行走模块。

第三方面，本申请提供一种管道机器人的驱动方法，方法包括：

提供管道机器人行走结构，管道机器人行走结构包括轨道、动子模块、行走模块以及气源装置，轨道内部形成行走空腔，轨道形成有连通行走空腔的第一气口和第二气口，动子模块看滑动地设于行走空腔中，行走模块可滑动地设于轨道，且与动子模块磁力耦合，气源装置连接第一气口和第二气口，当气源装置通过第一气口和第二气口中的一者向行走空腔输气，通过第一气口和第二气口中的另一者从行走空腔抽气时，能够驱动动子模块在行走空腔中移动，从而带动行走模块同步运动，至少一个补气站位于第一气口和第二气口之间，每一个补气站连接气源装置和行走空腔，以向行走空腔输气和抽气；

动子模块设于轨道内部；

启动气源装置，通过第一气口和第二气口中的一者向行走空腔输气，通过第一气口和第二气口中的另一者从行走空腔抽气；

当动子模块移动至至少一个补气站中的其中一个补气站时，补气站由从行走空腔中抽气的状态转变为向行走空腔输送气体的状态，以驱动动子模块运动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实施例中一种管道机器人的结构示意图。

图标：10-管道机器人；10a-管道机器人行走结构；10b-摄像机模块；11-轨道；12-动子模块；13-行走模块；14-气源装置；90-行走空腔；91-第一气口；92-第二气口；140-储气罐；141-主气站；142-副气站；143-气管；144-补气站。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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申请的限制。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

本实施例提供一种管道机器人10，其能够解决现有的管道机器人10不便在特殊管道环境中使用的问题。

请参见图1，图1示出了管道机器人10的具体结构。

管道机器人10包括摄像机模块10b和管道机器人行走结构10a。

管道机器人行走结构10a包括轨道11、动子模块12、行走模块13、气源装置14以及至少一个补气站144。

轨道11内部形成行走空腔90，轨道11形成有连通行走空腔90的第一气口91和第二气口92。第一气口91和第二气口92分别位于行走空腔90的两端。

动子模块12可滑动地设于行走空腔90中。

行走模块13可滑动地设于轨道11，且位于行走空腔90外。行走模块13与动子模块12磁力耦合。气源装置14连接第一气口91和第二气口92，当气源装置14通过第一气口91和第二气口92中的一者向行走空腔90输气，通过第一气口91和第二气口92中的另一者从行走空腔90抽气时，能够驱动动子模块12在行走空腔90中移动，从而带动行走模块13同步运动。

其中，为了保证动子模块12具有足够的动力，所有的补气站144位于第一气口91和第二气口92之间，每一个所述补气站144连接气源装置14和行走空腔90，以向行走空腔90输气和抽气。其中，补气站144可以将气源装置14中的气体输送至行走空腔90，且可以将行走空腔90中的气体抽出并输送至气源装置14内。

摄像机模块10b设于行走模块13。

其中，上述实施方式中，提供了一种能够安全地在特殊管道环境(易燃易爆场景)中使用的管道机器人10。

将轨道11设于特殊管道内，气源装置14连接第一气口91和第二气口92，以对轨道11内部的行走空腔90输送气体和抽出气体，动子模块12随气流的流动方向在行走空腔90内移动。由于动子模块12与行走模块13磁耦合，故行走模块13能够跟着动子模块12沿着轨道11行走，将摄像机模块10b安装于行走模块13，摄像机模块10b能够随行走模块13在特殊管道内移动，从而获取特殊管道内的图像。

其中，当需要使得行走模块13沿第一气口91至第二气口92的方向移动时，气源装置14向第一气口91输送气体，由第二气口92抽出行走空腔90内的气体，使得气流沿第一气口91至第二气口92的方向流动，从而能够通过气流推动动子模块12。当需要使得行走模块13沿第二气口92至第一气口91的方向移动时，气源装置14由第一气口91抽出行走空腔90内的气体，向第二气口92输出气体，使得气流沿第二气口92至第一气口91的方向流动，从而能够通过气流推动动子模块12。行走模块13是通过气动结合磁耦合的驱动方式驱动的，为此，行走模块13能够安全地在特殊管道中移动，不会引起安全事故。

其中，需要说明的是，在进行管道检测时，可能存在轨道11太长，即行走空腔90太长，导致行走空腔90中由第一气口91和第二气口92进出的气体产生的气压不够，从而导致动子模块12滑动动力不足的情况发生，为此，如图1，为了提高行走模块13的续航，气源装置14包括至少一个补气站144，至少一个补气站144间隔设于轨道11，并连通于行走空腔90，且位于第一气口91和第二气口92之间。其中，补气站144连通气管143，补气站144用于向行走空腔90输气和抽气。

通过其中一个补气站144时，该补气站144会向行走空腔90中输送气体，从而持续的提供动力，同时位于动子模块12的行走前方的其余补气站144可以从行走空腔中抽气，以提高行走空腔中的压力差，使得动子模块12具有足够的动力移动。

其中，补气站144包括气泵，通过气泵实现输气和抽气。

上述方案中，通过补气站144向行走空腔90输气和抽气，以使得行走空腔90内具有足够使得行走模块13滑动的动力。

需要说明的是，动子模块12设有第一强磁体，行走模块13具有第二强磁体，第一强磁体和第二强磁体磁力耦合。

气源装置14包括储气罐140、主气站141、气管143以及副气站142。

主气站141连接于储气罐140，副气站142通过气管143连通于储气罐140。

主气站141连接第一气口91，主气站141具有向第一气口91输气的第一状态，以及从第一气口91抽气的第二状态。

副气站142连接第二气口92，副气站142具有从第二气口92抽气的第三状态，以及向第二气口92输气的第四状态。

需要说明的是，在一种可能实现的情况下，管道机器人行走结构10a还包括控制终端，可以通过控制终端控制主气站141和副气站142，以调整其工作状态。在其他具体实施方式中，亦可通过人工调整主气站141和副气站142的工作状态，即输气和抽气之间切换。

其中，在一种情况下，动子模块12处于靠近第一气口91的位置，此时需要使得行走模块13向第二气口92处移动。控制终端将主气站141调整至第一状态，将副气站142调整至第三状态，此时，行走空腔90中的气流是由第一气口91向第二气口92流动的，为此可以推动动子模块12向第二气口92滑动，从而使得行走模块13向第二气口92处移动。同理，需要使得行走模块13由第二气口92向第一气口91移动时，通过控制终端将主气站141调整至第二状态，将副气站142调整至第四状态，即可实现行走模块13的移动。

其中，主气站141和副气站142均包括气泵，即储气罐140储存气体，通过气泵实现向第一气口91和第二气口92进行输气或者抽气，从而保证行走模块13的行走以及回收。

可选地，在一种可能实现的实施方式中，主气站141和副气站142均包括气压表，通过气压表以对第一气口91和第二气口92的气压进行监控。

需要说明的是，在一种情况下，轨道11的长度为100米，补气站144的数量为三个，主气站141、补气站144以及副气站142间隔25米。

以动子模块12从第一气口91出发移动至第二气口92处为检测行程，以动子模块12由第二气口92处返回至第一气口91处为返航行程为例，主气站141、补气站144以及副气站142的运行方式为：

检测行程：主气站141向行走空腔90输气(即第一状态)，三个补气站144和副气站142均由行走空腔90中抽气，动子模块12在行走空腔90中移动，且通过磁力耦合带动行走模块13移动；

当动子模块12运行25米至第一个补气站144时，第一个补气站144向行走空腔90输送气体，补充行走模块13移动的动力；

当动子模块12运行50米至第二个补气站144时，第二个补气站144向行走空腔90输送气体，补充行走模块13移动的动力；

当动子模块12运行70米至第三个补气站144时，第三个补气站144向行走空腔90输送气体，补充行走模块13移动的动力，从而行走模块13具有足够的而动力移动至第二气口92处，完成检测行程；

此时，需要进行返航行程：副气站142向行走空腔90输气(即第四状态)，三个补气站144和主气站141均由行走空腔90中抽气，动子模块12在行走空腔90中移动，且通过磁力耦合带动行走模块13移动；

随后每经过一个补气站144，该补气站144由抽气状态变为输气状态，最终完成返航。

需要说明的是，在行走模块13设有计米器，计米器用于计算行走模块13移动的距离，以使得控制终端能够精准地调整主气站141、补气站144以及副气站142的输气和抽气状态。

需要说明的是，在其他实施方式中，行走模块13设有电子标签，以代替计米器，轨道11间隔设有用于感应电子标签的感应器。当行走模块13通过感应器时，可判断出行走模块13行走的距离。

需要说明的是，本实施例中是以气压驱动动子模块12运动的，在其他具体实施方式中，还可以通过液压驱动动子模块12运动，气源装置14可以调整为水源装置，以为管道机器人行走结构10a提供动力介质。

需要说明的是，本实施例还提供一种管道机器人的驱动方法，其方法为：

提供管道机器人行走结构10a；

动子模块12设于轨道11内部；

启动气源装置14，通过第一气口91和第二气口92中的一者向行走空腔90输气，通过第一气口91和第二气口92中的另一者从行走空腔90抽气；

补气站144从行走空腔90中抽气；

当动子模块12移动至多个补气站144中的其中一个补气站144时，补气站144由从行走空腔90中抽气的状态转变为向行走空腔90输送气体的状态，以为动子模块12补偿动力，从而驱动动子模块12运动。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。