一种管道爬行装置及管道检测系统的制作方法

1.本发明涉及管道内检测技术领域，具体涉及一种管道爬行装置及管道检测系统。


背景技术：

2.管道内检测是指利用检测器在管道内爬行，实时检测和记录管道内壁的变形、腐蚀等损伤情况，并准确定位的作业。通过管道内检测可事先发现各种缺陷和损伤，了解各管段的危险程度，可有效预防和减少事故并节约管道维修资金，是保证管道安全的重要措施。
3.管道内部检查多采用内窥镜探头的方式进行分段检查，但该方法只能用于可以分段的管道，对于不能分段且存在多个弯头及三通的管道，通常只能采用流阻法或切割可能存在异常管段的方法进行检查，这两种检测方法相较于内窥镜法，准确度及所需工期都有所不足。
4.目前国内已有多种用于管道内部检查的管道爬行装置，如公告号为cn210514118u的专利公开了一种《过弯管带动力居中的全景检测机器人》；该装置通过设置可径向收拢和展开的动力轮实现了对不同管径管道的检测，给管道内检测带来了便利；但在实际应用中发现，该类检测机器人还存在以下不足之处：
5.1、机体结构为单一刚性结构，行进时容易被管道弯头卡死；因为需要通过的弯头曲率半径越小，所需机身长度可用范围就越小，比如需通过1.5d弯头时，机身长度需在范围内，才能保证通过弯头时动力轮与弯头内管壁紧密贴合产生驱动力；也就是说，机体结构越长越容易被弯管卡死。
6.2、机身采用前后2组动力轮驱动，动力轮通过增加压力的方式增加与管壁之间的摩擦力，进而驱动机身前进，动力轮的支撑半径一般在90
°‑
120
°
之间；当通过非向上三通时，第一组动力轮的支脚很容易悬空，单一支脚悬空会导致机身头部受力和方向改变为向三通支路方向，进而导致机身倾斜，前端动力轮组中支路方向及反方向动力轮失去驱动力，后端支路方向动力轮失去驱动力，整体驱动力丧失37.5％-66％，且驱动方向偏移导致机身倾斜进一步恶化，最终机身卡在三通处无法继续前进；同时机身结构越短，越容易使驱动轮失去驱动力，进而导致机体结构被三通管卡死。
7.3、机身动力主要来源于动力轮与管壁产生的摩擦力，当存在变径管段时(径向尺寸变大)，动力轮对管壁的压力变小，动力轮与管壁产生的摩擦力也就变小，机身的驱动力也就变小，进而导致机身无法自由通过，严重时导致机身卡死。
8.4、因需要检查管道较长，爬行装置一般采用有线供电的形式，以确保爬行装置运转正常，但当管道只能由同一端进出时，线缆在后退过程中容易阻碍爬行装置后退，有时还会导致防失电保险装置失效，可靠性降低。
9.5、爬行装置动力取决于电机所用扭矩大小，当机身大小固定时，所用电机受限于机身大小，无法通过增大线圈等方式增加扭矩，进而存在动力限制；机身的大小也限制了电机的使用数量。
10.6、机身采用一体化结构，装置损坏维修较为复杂。


技术实现要素：

11.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种管道爬行装置，以解决现有管道爬行装置容易卡死的技术问题。
12.本发明所采用的技术方案为：一种管道爬行装置，包括：
13.行进机构，所述行进机构至少有两个，且每个所述行进机构上圆周均布有至少三个驱动轮，所述驱动轮可径向收拢和展开，以与不同管径的管道内壁抵接；
14.连接机构，所述连接机构连接于相邻两个行进机构之间，用于传递相邻两个行进机构之间的轴向作用力，且所述连接机构可沿径向弹性弯曲，以使所述行进机构通过弯曲管道。
15.进一步的，所述行进机构包括：
16.中部躯壳；
17.推力盘，所述推力盘有两个，且两个所述推力盘的间距可调；
18.传动杆，所述传动杆的一端与其中一个推力盘铰接，另一端与驱动轮转动连接；
19.支撑杆，所述支撑杆的一端与另一个推力盘铰接，另一端与传动杆转动连接。
20.进一步的，所述支撑杆可沿轴向弹性伸缩或沿径向弹性弯曲，以实现所述行进机构的驱动轮在径向方向的自动收拢和展开。
21.进一步的，所述推力盘包括固定推力盘和活动推力盘，所述固定推力盘固定套设于中部躯壳的一端部上，所述活动推力盘可轴向移动的套设于中部躯壳的另一端部上；所述中部躯壳上螺纹连接有一手动盘，所述手动盘与活动推力盘之间设有弹性连接件，通过手动盘在中部躯壳上的移动实现行进机构的驱动轮的在径向方向的被动收拢和展开。
22.进一步的，所述中部躯壳内设有一舵机，所述舵机的转动部延伸至中部躯壳外部，所述转动部与活动推力盘之间设有拉紧绳，所述拉紧绳的一端与活动推力盘固定连接、另一端缠绕于转动部上。
23.进一步的，所述爬行装置还包括驱动机构，所述驱动机构包括：
24.齿轮盘，所述齿轮盘可绕中部躯壳的轴线转动；
25.链轮链条组，所述链轮链条组设置于传动杆上，所述链轮链条组包括两个链轮，其中一个链轮设置在驱动轮的转动轴上，另一个链轮设置在传动杆与推力盘铰接的铰接轴上；
26.传动轴，所述传动轴的两端设有第一锥齿轮，其中一个第一锥齿轮与齿轮盘啮合传动，另一个第一锥齿轮与铰接轴上的第二锥齿轮啮合传动。
27.进一步的，所述连接机构包括：
28.连接体，所述连接体具有中空结构；
29.连接头，所述连接头设置于连接体轴线方向的两端，所述连接头上设有与行进机构可拆卸连接的螺纹结构。
30.进一步的，所述连接体包括弹簧。
31.本发明的另一目的在于提供一种管道检测系统，所述检测系统包括上述的管道爬行装置，所述检测系统还包括：
32.检测模块，所述检测模块连接于管道爬行装置的第一端；
33.线缆控制装置，用于线缆的收放；
34.控制主机，所述控制主机用于控制管道爬行装置的行进状态；
35.线缆，所述线缆的第一端与管道爬行装置的第二端电连接，第二端与控制主机电连接，且所述线缆的中部缠绕于线缆控制装置上。
36.进一步的，所述检测模块包括摄像头和补光灯，所述补光灯环绕摄像头设置。
37.本发明的有益效果：
38.1、本发明通过可径向弹性弯曲和传递轴向作用力的连接机构将多个短尺寸的行进机构连接，使得本发明的爬行装置兼具短机体结构易于通过弯管和长机体结构易于通过三通管的优点，可大大降低爬行装置卡死于管道内的几率；同时配合行进机构上可径向收拢和展开的驱动轮，使得本发明的爬行装置可适用于不同管径的管道的内部检测。
39.2、本发明中与传动杆转动连接的支撑杆可轴向弹性伸缩或径向弹性弯曲，使得管道管径变化时，在支撑杆的弹性恢复力作用下可使驱动轮自动收拢和展开，使得驱动轮与管道内壁保持较大的压力，驱动轮与管道内壁之间存在适当的摩擦力，进而使驱动轮保持较佳的驱动力。
40.3、本发明在中部躯壳内设有舵机，舵机的转动部与活动推力盘之间设有拉紧绳，通过舵机的转动部的转动实现拉力绳的伸长与缩短，配合手动盘和弹性连接件实现驱动轮在径向上的可控收拢与展开。
41.4、本发明在固定推力盘上设有对驱动轮传递动力的传动机构，该传动机构可以实现单驱动电机对多个驱动轮的同步同速驱动，且驱动电机设置在固定推力盘和活动推力盘之间，有利于减小装置的体积，扩大装置的适用范围。
42.5、本发明的爬行装置具有管径自适应功能，通过被动和主动两种形式实现爬行装置上驱动轮的径向收拢和展开，可更好的适应管道管径变化；多个行进机构分别可控，当行进过程中出现管径变化时，可分别变化以更好在管道内行进。
43.6、本发明的检测系统采用模块化设计，可以根据实际需要对各个模块进行便捷拆卸和组装，极大的增强现场故障处理能力。
44.7、本发明的检测系统设置有线缆控制装置，通过线缆控制装置实现线缆的自动收放，防止线缆对爬行装置的行进造成障碍；当爬行装置的动力失效时，可通过线缆控制装置自带的牵引力将爬行装置拉出，防止爬行装置成为管道异物。
附图说明
45.图1为本发明的爬行装置的结构示意图；
46.图2为本发明的行进机构的结构示意图；
47.图3为本发明的行进机构的结构简图之一；
48.图4为本发明的行进机构的结构简图之二；
49.图5为本发明的传动机构的结构示意图；
50.图6为本发明的检测系统的结构示意图。
51.附图标记说明：
52.10-行进机构；
53.11-驱动轮；
54.12-中部躯壳；
55.13-推力盘；131-固定推力盘；132-活动推力盘；
56.14-传动杆；
57.15-支撑杆；
58.16-手动盘；
59.17-弹性连接件；
60.18-舵机；181-转动部；
61.19-拉紧绳；
62.20-连接机构；
63.21-连接体；
64.22-连接头；
65.30-驱动机构；
66.31-齿轮盘；
67.32-链轮链条组；
68.33-传动轴；
69.34-第一锥齿轮；
70.35-铰接轴；
71.36-第二锥齿轮；
72.37-驱动电机；
73.40-检测模块；
74.41-摄像头；
75.42-补光灯；
76.50-线缆控制装置；
77.60-线缆；
78.70-控制主机。
具体实施方式
79.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
80.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
81.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。
82.此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
83.实施例，如图1-图5所示，一种管道爬行装置，该装置包括：
84.行进机构10，行进机构10至少有两个，且每个行进机构10上均圆周均布有至少三个驱动轮11，驱动轮11可径向收拢和展开，使得驱动轮11可与不同管径的管道内壁抵接；
85.连接机构20，连接机构20可拆卸地连接于相邻两个行进机构10之间，用于传递相邻两个行进机构10之间的轴向作用力，且连接机构20可沿径向弹性弯曲，以使行进机构10通过弯曲管道并复位。
86.本技术通过可径向弹性弯曲及传递轴向作用力的连接机构将多个短尺寸的行进机构连接为一体，使得本技术的爬行装置兼具短机体结构易于通过弯管和长机体结构易于通过三通管的优点，可大大降低爬行装置卡死于管道内的几率；同时配合行进机构上可径向收拢和展开的驱动轮，使得本发明的爬行装置可适用于不同管径管道的内部检测。
87.在一具体实施例中，如图1所示，行进机构10的数量包括但不限于2个，比如，行进机构10的数量还可以是3个；行进机构10的数量应以实际情况而定，比如，所需动力越多，行进机构10的数量也就越多。
88.在一具体实施例中，如图2所示，行进机构10包括驱动轮11、中部躯壳12、推力盘13、传动杆14和支撑杆15，驱动轮11共有两组，并分别设置于行进机构10的两端，每组驱动轮11包括沿中部躯壳12圆周均布的三个驱动轮11，且两组驱动轮11之间交叉分布；中部躯壳12具有中空结构，用于容置线缆；推力盘13有两个，分别为固定推力盘131和活动推力盘132，固定推力盘131固定套设于中部躯壳12的一端部上，活动推力盘132可轴向移动的套设于中部躯壳12的另一端部上，使得固定推力盘131和活动推力盘132的间距可调；传动杆14的一端与其中一个推力盘13铰接，另一端与驱动轮11转动连接，驱动杆14上设有与驱动轮11一一对应并传动连接的驱动电机(未画出)；支撑杆15的一端与另一个推力盘13铰接，另一端与传动杆14转动连接。如此设置，通过固定推力盘131和活动推力盘132间距的调节，可快速实现驱动轮11的径向收拢和展开，以使爬行装置适用于不同管径的管道；同时配合设置于行进机构10两端的驱动轮11，可大大提高爬行装置在管道内的通过率。
89.优选的，支撑杆15可沿轴向弹性伸缩或沿径向弹性弯曲，支撑杆15优选为弹簧；如此设置，当管道的径向尺寸发生小范围变化时，可通过支撑杆15的弹性变形，实现行进机构10的驱动轮11在径向方向的自动收拢和展开，使得驱动轮11与管道内壁之间保持足够的压力，防止驱动力的降低。
90.更优选的，中部躯壳12靠近活动推力盘132的一端螺纹连接有一手动盘16，手动盘16与活动推力盘132之间设有弹性连接件17；如此设置，可手动转动手动盘16实现手动盘16在中部躯壳12上的移动，配合弹性连接件17向活动推力盘132传递的轴向作用力，实现行进机构10的驱动轮11的在径向方向的被动收拢和展开。
91.再优选的，中部躯壳12的两端为带有螺纹结构的连接端，且连接端的内部设有用于数据、电力线缆电连接的接口。
92.在一具体实施例中，如图3所示，在中部躯壳12内设有一舵机18，舵机18的转动部181延伸至中部躯壳12外部，转动部181与活动推力盘132之间设有拉紧绳19，拉紧绳19的一端与活动推力盘132固定连接、另一端缠绕于转动部181上。如此设置，通过舵机18的转动部181的转动实现拉力绳19的伸长与缩短，配合手动盘16和弹性连接件17对活动推力盘132的
轴向作用力实现驱动轮11在径向上的可控收拢与展开。
93.在一具体实施例中，如图4、图5所示，行进机构10包括驱动轮11、中部躯壳12、推力盘13、传动杆14和支撑杆15，中部躯壳12具有中空结构，用于容置线缆；推力盘13有两个，分别为固定推力盘131和活动推力盘132，固定推力盘131固定套设于中部躯壳12的一端部上，活动推力盘132可轴向移动的套设于中部躯壳12的另一端部上，使得固定推力盘131和活动推力盘132的间距可调；传动杆14的一端与固定推力盘131铰接，另一端与驱动轮11转动连接；支撑杆15的一端与活动推力盘132铰接，另一端与传动杆14转动连接。固定推力盘131上设有用于带动驱动轮11转动的驱动机构30。
94.驱动机构30包括：齿轮盘31、链轮链条组32和传动轴33，齿轮盘31可绕中部躯壳12的轴线转动，且齿轮盘31与驱动电机37传动连接，具体传动连接方式可为任意一种已知的传动连接方式，比如齿轮传动；链轮链条组32设置于传动杆14上，链轮链条组32包括两个链轮，其中一个链轮设置在驱动轮11的转动轴上，另一个链轮设置在传动杆14与推力盘13铰接的铰接轴35上；传动轴33与传动杆14为一一对应关系，传动轴33沿齿轮盘31的径向设置，传动轴33的两端均设有第一锥齿轮34，其中一个第一锥齿轮34与齿轮盘31啮合传动，另一个第一锥齿轮34与铰接轴35上的第二锥齿轮36啮合传动，第二锥齿轮36和链轮同轴设置于铰接轴35上。如此设置，可通过设置在固定推力盘131和活动推力盘132之间的单个驱动电机37同步驱动多个驱动轮11同速转动，不仅可以降低驱动电机37的使用数量和成本，也有助于减小行进机构10的径向尺寸，扩大爬行装置的适用范围。
95.在一具体实施例中，如图1所示，连接机构20包括：连接体21和连接头22，连接体21具有中空结构，用于容置将相邻两个行进机构10电连接的数据、电力线缆；连接头22设置于连接体21轴线方向的两端，连接头22上设有与行进机构10的两端部可拆卸连接的螺纹结构。如此设置，实现了连接结构20与行进机构10的快速连接与拆卸，便于根据实际需求对爬行装置进行组装或拆卸。
96.优选的，连接体21包括弹簧。如此设置，可以实现连接机构20的径向弹性弯曲，同时也可通过弹簧实现相邻两个行进机构10间轴向作用力的传递，当行进机构10沿行进方向前进时，弹簧为行进机构10提供支撑力与拉力，使多个行进机构10等效于一个整体。
97.一种管道检测系统，如图1、图6所示，该检测系统包括上述的管道爬行装置，检测系统还包括：
98.检测模块40，检测模块40连接于管道爬行装置的第一端，用于在爬行装置行进过程中对管道内壁进行图像信息采集；
99.线缆控制装置50，用于线缆60的自动收放，可防止线缆的缠绕打结，降低线缆对爬行装置的行进造成的障碍；
100.控制主机70，控制主机70用于控制管道爬行装置的行进状态，控制主机70通过控制软件控制爬行装置行进轨迹，实现管道内灵活的视频检查，提高管道检查试验测量精度；
101.线缆60，线缆60的第一端与管道爬行装置的第二端电连接，第二端与控制主机70电连接，且线缆60的中部缠绕于线缆控制装置50上。
102.优选的，检测模块40包括摄像头41和补光灯42，摄像头41为用于采集高清视频数据的非球形镜片摄像头，补光灯42为环绕摄像头41设置的环形led灯。如此设置，通过环形led灯提供高亮度光源，可以保证管道内视频采集区域的亮度大于目视检查要求，进而使摄
像头41采集到清晰的图像信息。
103.更优选的，线缆60采用玻璃纤维为外皮，外皮上每隔10cm设有一个2mm黄色色环，用于已通过线缆60长度的计算，线缆60内含中央高强度细钢索、数据线缆、供电线缆。
104.优选的，控制主机70通过程序控制线缆控制装置50及爬行装置动作，爬行装置的行进模式可从匀速模式、手动模式和故障回看模式中任意选择；控制主机70将前端的视频模块40采集到的数据进行平铺及算法处理，处理后的图像实时的显示在控制主机70上；爬行装置上的温度传感器、编码器和线缆控制装置50上的计数器的数据通过程序处理后，机身温度和行进距离显示在控制主机70上。
105.与现有技术相比，本技术的管道爬行装置和管道检测系统至少具有以下优点：
106.1、采用多行进机构依次连接的设计，每个行进机构单独配备驱动模块，结合大摩擦力的驱动轮，增大爬行装置整体可用动力。
107.2、多个行进机构间采用行进方向刚性连接、其他方向柔性连接的方式，当通过三通和弯头时，增加驱动轮与管道的贴合程度，降低因驱动轮浮空造成的动力失效，且当有因驱动轮不对称支撑导致前进方向的第一个车体方向偏移时，后部车体可为前端提供行进方向的推力，使其顺利通过三通部分。
108.3、设有外部线缆控制装置，通过线缆上预设好的测量点修正爬行距离的计算精度，同时在爬行装置反向行进时根据行进距离回收线缆，可防止线缆对爬行装置的行进造成障碍；当爬行装置的动力都失效时，外部线缆控制装置可通过自带的牵引力将爬行装置拉出，防止成为管道异物。
109.4、视频模块、行进机构、连接机构采用模块化设计，可现场便捷的对检测系统中的各个模块进行组合替换，降低现场延误时间。
110.5、爬行装置采用弹性支撑方式支撑驱动轮，保证行进机构可在小范围内自动适应管径变化，且可通过远程调节的形式，在一定范围内调节车体弹性支撑范围，进一步提升通过不同管径管道的能力；多个行进机构分别可控，当行进过程中出现管径变化时，可分别变化以更好的实现管道爬行。
111.6、视频模块采用环状光源设计，通过非球形镜片补偿数据，并对采集到的视频数据进行及时处理，使其直接显示展开成像。
112.7、集成温度传感器及角度传感器至每个行进机构中，通过传感器采集到的数据确保爬行装置行进正常。
113.8、爬行装置部分结构包裹在中部躯壳内，有效减少爬行中可能的意外，减少管道异物风险。
114.9、将主要控制、驱动芯片都集成在线缆控制装置内，减少因辐照造成的车体故障失效的风险。
115.10、爬行装置通过电缆供电采集管道内的各类视频信息，电缆控制装置控制电缆长度辅助爬行装置前进和后退，控制主机通过控制软件控制爬行装置行进轨迹，实现管道内灵活的视频检查，提高管道检查试验测量精度；通过提高爬行装置对环境的自适应性及操作的便捷性，减少工作量，间接降低试验所需时间，节约试验成本，且在含放射性环境下使用可大大降低人员辐射风险。
116.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。