一种管道爬行机器人及其爬行方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109780369A(43)申请公布日2019.05.21(21)申请号201910178511.5(22)申请日2019.03.11(71)申请人河海大学常州校区地址213022江苏省常州市晋陵北路200号(72)发明人周建华李向国(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林(51)Int.Cl.F16L55/28(2006.01)F16L101/12(2006.01)F16L101/30(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种管道爬行机器人及其爬行方法(57)摘要本发明公开一种管道爬行机器人及其爬行方法，所述管道机器人包括四个结构相同且依次首尾相连的伸缩机构，所述伸缩机构包括：上支撑板、下支撑板、第一支撑连杆、第二支撑连杆、支撑台、箱体、第一电动机、第二电动机、第一偏心轮和第二偏心轮；本发明通过控制模块对两个电动机进行同步控制，从而驱使伸缩机构收缩或拉伸，并通过四个伸缩机构的相互配合，使管道机器人能够在管道内爬行运动；通过控制模块对两个电动机进行差动控制，从而驱使伸缩机构的两个偏心轮转动角度不同，使伸缩机构朝管道转弯方向转弯，本发明的机器人能适应复杂的管道内部环境，可以高效地代替人类执行管道探测、维修、清扫等作业任务。CN109780369ACN109780369A权利要求书1/2页1.一种管道爬行机器人，其特征在于，包括四个结构相同且依次首尾相连的伸缩机构，分别为第一伸缩机构、第二伸缩机构、第三伸缩机构和第四伸缩机构；所述伸缩机构包括：上支撑板、下支撑板、第一支撑连杆、第二支撑连杆、支撑台、箱体、第一电动机、第二电动机、第一偏心轮和第二偏心轮；所述第一伸缩机构的上支撑板上设有用于探测管道内部障碍或者弯道的探测单元；所述上支撑板与下支撑板通过第一支撑杆和第二支撑杆活动连接；所述支撑台设在下支撑板上，所述箱体固定在所述支撑台上，所述箱体、支撑台与下支撑板通过螺栓固定；所述箱体左、右两外侧壁分别设有第一偏心轮和第二偏心轮，所述箱体左、右两内侧壁分别设有第一电动机和第二电动机，所述第一电动机/第二电动机与第一偏心轮/第二偏心轮通过传动轴连接；所述上支撑板上设有两个球形滚子，所述两个球形滚子分别与第一偏心轮和第二偏心轮相配合；所述箱体内还设有电源和控制模块，所述电源、控制模块均与第一电动机、第二电动机电连接；所述伸缩机构通过控制模块控制第一电动机、第二电动机工作，带动第一偏心轮、第二偏心轮转动，从而带动伸缩机构做伸缩运动。2.根据权利要求1所述的一种管道爬行机器人，其特征在于，所述第一偏心轮、第二偏心轮均沿周向设有槽轨，所述第一偏心轮、第二偏心轮的槽轨分别与所述上支撑板的两个球形滚子相配合，所述偏心轮在转动的过程中始终与上支撑板通过槽轨和球形滚子活动连接。3.根据权利要求1所述的一种管道爬行机器人，其特征在于，所述上支撑板、下支撑板均为腰圆形结构，所述腰圆形结构的两边均设有凹槽，所述凹槽内设有安装孔，所述安装孔用于上支撑板/下支撑板与第一支撑连杆/第二支撑连杆的活动连接。4.根据权利要求1所述的一种管道爬行机器人，其特征在于，所述第一支撑连杆、第二支撑连杆均包括两个活动连接的支撑杆，两个所述支撑杆的自由端分别与上支撑板、下支撑板活动连接。5.根据权利要求1所述的一种管道爬行机器人，其特征在于，所述探测单元包括红外传感器、超声波传感器、激光传感器、摄像头中的一种或多种，所述探测单元分别与电源和控制模块电连接。6.一种基于权利要求1至5任一项所述管道机器人的爬行方法，其特征在于，包括垂直管道的爬行方法和转弯管道的爬行方法；所述垂直管道的爬行方法包括以下步骤：S11，机器人处于初始爬行状态，机器人的第一伸缩机构和第二伸缩机构处于收缩状态，机器人的第三伸缩机构和第四伸缩机构处于拉伸状态；S12，机器人的第一伸缩机构转换为拉伸状态，同时，第三伸缩机构转换为收缩状态，拉动第四伸缩机构向上移动；S13，机器人的第二伸缩机构转换为拉伸状态，同时，第四伸缩机构转换为收缩状态，推动第一伸缩机构向上移动；S14，机器人的第三伸缩机构转换为拉伸状态，同时，第一伸缩机构转换为收缩状态，推动第一伸缩机构和第二伸缩机构向上移动；S15，机器人的第四伸缩机构转换为拉伸状态，同时，第二伸缩机构转换为收缩状态，机器人恢复到步骤S11的初始爬行状态；2CN109780369A权利要求书2/2页S16，重复步骤S12至S15，使机器人不断沿垂直管道向上爬行；所述转弯管道的爬行方法包括以下步骤：S21，当第一伸缩机构上的探测单元探测到弯道后，第二伸缩机构、第三伸缩机构和第四伸缩机构处于收缩状态，第一伸缩机构内的控制模块对第一电动机和第二电动