管道巡检机器人的制作方法

1.本发明涉及管道巡检技术领域，尤其涉及一种管道巡检机器人。


背景技术：

2.管道巡检是工业生产中的一项重要工作，通常由专业的巡检人员进行。巡检的目的是为了及时发现管道存在的问题，如腐蚀、磨损、老化等，以及管道连接处的松动、渗漏等问题。这些问题如果不及时发现和处理，就可能会导致管道泄漏、爆炸等严重事故的发生，不仅会造成人员伤亡和财产损失，还会对环境造成污染和影响。为了保障工业生产的安全和稳定，需对管道进行定期的巡检工作是必要的。
3.当前管道巡检工作的工作量较大，使得巡检人员的工作强度大大增加。同时，巡检过程中还会经常遇到管道较高需要攀爬检测，这增加了巡检人员的坠落风险。此外，实际管路缝隙较为狭窄，难以深入进行检测，经常会出现漏检等情况。为解决这些问题，急需一种能够自动化检测管道的巡检机器人。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出了一种管道巡检机器人，旨在解决现有人工巡检的工作强度较大，且容易出现风险和漏检的问题。
5.本发明提供了一种管道巡检机器人，所述管道巡检机器人包括骨架模组、控制模组、变径模组和驱动模组，所述骨架模组包括多个活动关节，各所述活动关节依次序柔性连接，所述控制模组包括容置盒和多个齿条，各所述齿条在所述骨架模组的周向间隔分布，并均沿所述骨架模组的延伸轨迹延伸，各所述齿条的一端与所述骨架模组的前端相连接，另一端容置于所述容置盒内，所述变径模组套装于所述骨架模组，并能够牵引各所述齿条中的一个或多个，以改变所述骨架模组的延伸轨迹，所述变径模组还与所述驱动模组相连接，并能够改变所述驱动模组相对所述骨架模组的间距。
6.在其中一种实施例中，相邻两个所述活动关节之间通过球铰连接，相邻两个所述活动关节之间具有间隙。
7.在其中一种实施例中，所述活动关节包括相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧设有连接杆，所述连接杆的自由端设有活动头，所述第二侧开设有活动槽，所述活动头容置于所述活动槽内，并能够在所述活动槽内万向活动，相邻两个所述活动关节的所述第一侧和所述第二侧之间具有间隙。
8.在其中一种实施例中，各所述活动关节包括头部关节、中间关节和尾部关节，所述中间关节设有多个，各所述中间关节中的一个与所述头部关节柔性连接，另一个与所述尾部关节柔性连接，所述尾部关节与所述容置盒柔性连接，各所述齿条的前端连接于所述头部关节，各所述齿条的末端安装于所述容置盒。
9.在其中一种实施例中，各所述活动关节均为长方体，所述骨架模组还包括多个限位板，各所述活动关节的四个侧面均安装有一个所述限位板，各所述限位板分别与各所述
活动关节的侧面转动连接，各所述限位板上均开设有限位槽，各所述齿条均滑设于各所述限位槽内。
10.在其中一种实施例中，所述变径模组包括安装架、转动架和控制架，所述控制架设有两个，并均套设于所述骨架模组，所述安装架设有四个，并在所述骨架模组的周向间隔分布，所述转动架设有八个，两个所述控制架均通过一个所述转动架与一个所述安装架转动连接，以将所述安装架支撑于相邻两个控制架之间，两个所述控制架相对移动能够使得所述转动架相对所述控制架和所述安装架转动，以改变所述安装架相对所述骨架模组的间距，所述驱动模组包括多个驱动组件，各所述驱动组件一一对应设置于各所述安装架，并能够与所述管道的内壁相抵。
11.在其中一种实施例中，所述控制架设有控制轮，所述控制轮的轮齿与所述齿条的齿形啮合；
12.所述控制轮在所述齿条上行走能够改变相邻两个所述控制架之间的距离；
13.各所述控制轮中的一个或多个在所述齿条上行走，还能够牵引各所述齿条中的一个或多个，以改变所述骨架模组的延伸轨迹。
14.在其中一种实施例中，所述驱动组件包括多个驱动轮，各所述驱动轮在所述安装架上沿所述骨架模组的延伸轨迹间隔分布；
15.所述变径模组还包括驱动板，所述转动架通过所述驱动板安装于所述安装架，所述驱动板转动连接于所述安装架，所述安装架转动连接于所述驱动板，所述转动架相对所述驱动板的转动轴线与所述驱动板相对所述安装架的转动轴线呈夹角设置。
16.在其中一种实施例中，所述变径模组还包括多个控制板，各所述控制轮均通过所述控制板安装于所述控制架，各所述控制板均转动连接于对应的所述控制架，所述控制轮转动连接于所述控制板。
17.在其中一种实施例中，各所述活动关节均开设有减重孔。
18.采用本发明实施例，具有如下有益效果：
19.采用本发明的管道巡检机器人，骨架模组包括多个活动关节，各活动关节依次序柔性连接，以使管道巡检机器人能够在管道内弯曲行走，各齿条在骨架模组的周向间隔分布，并均沿骨架模组的延伸轨迹延伸，各齿条的一端与骨架模组的前端相连接，另一端容置于容置盒内，变径模组套装于骨架模组，并能够牵引各齿条中的一个或多个，以改变骨架模组的延伸轨迹，从而改变管道巡检机器人在管道内的行走方向，变径模组与驱动模组相连接，并能够改变驱动模组相对骨架模组的间距，以使管道巡检机器人能够适配不同直经的管道，通过本发明的管道巡检机器人能够对管道自动化巡检，解决了现有人工巡检的工作强度较大，且容易出现风险和漏检的问题。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
21.其中：
22.图1为一个实施例中管道巡检机器人的示意图。
23.图2为图1所示管道巡检机器人的主视图。
24.图3为图1所示管道巡检机器人的侧视图。
25.图4为图3中a-a剖视图。
26.图5为图4中b部放大示意图。
27.图6为图1所示管道巡检机器人中控制模组的示意图。
28.图7为图1所示管道巡检机器人中控制架的示意图。
29.图8为图1所示管道巡检机器人中驱动轮、转动架和安装架的示意图。
30.图9为图1所示管道巡检机器人中活动关节和限位板的示意图。
31.图10为图9所示活动关节的另一角度示意图。
32.附图标号：100、骨架模组；110、活动关节；111、连接杆；112、活动头；113、活动槽；114、减重孔；120、限位板；121、限位槽；200、控制模组；210、容置盒；220、齿条；300、变径模组；310、安装架；320、转动架；330、控制架；331、控制轮；332、控制板；340、驱动板；400、驱动模组；410、驱动轮。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
34.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
36.本发明实施例公开了一种管道巡检机器人，请参阅图1至图10，该管道巡检机器人包括骨架模组100、控制模组200、变径模组300和驱动模组400，骨架模组100包括多个活动关节110，各活动关节110依次序柔性连接，以使管道巡检机器人能够在管道内弯曲行走，控制模组200包括容置盒210和多个齿条220，各齿条220在骨架模组100的周向间隔分布，并均沿骨架模组100的延伸轨迹延伸，各齿条220的一端与骨架模组100的前端相连接，另一端容置于容置盒210内，变径模组300套装于骨架模组100，并能够牵引各齿条220中的一个或多个，以改变骨架模组100的延伸轨迹，从而改变管道巡检机器人在管道内的行走方向，变径模组300还与驱动模组400相连接，并能够改变驱动模组400相对骨架模组100的间距，以使管道巡检机器人能够适配不同直经的管道，通过本发明的管道巡检机器人能够对管道自动化巡检，解决了现有人工巡检的工作强度较大，且容易出现风险和漏检的问题。
37.可以理解的是，本实施例的管道巡检机器人还包括视觉检测系统，通过该视觉检测系统能够对管道内的情况进行巡检。本实施例的管道巡检机器人能够进入管道内部进行检测，并可以应对不同直径的管道，应用适配性较强。
38.通过骨架模组100的柔性结构，以及变径模组300配合齿条220的控制，管道巡检机器人可以自由进入旁路管道进行巡检。与传统的人工管道巡检方法相比，本实施例的管道巡检机器人具有较高的效率和安全性，可以大大降低巡检人员的劳动强度，提高巡检效率。此外，通过变径模组300的设置，管道巡检机器人还能够以适用于多种直径管道，具有良好的经济效益和广泛的适用性。
39.在一实施例中，请参阅图4、图5、图9和图10，相邻两个活动关节110之间通过球铰连接，相邻两个活动关节110之间具有间隙，从而是使得骨架模组100能够改变延伸轨迹，从而改变在管道内的行走方向，以进入旁路管道。当然，在其他实施例中，相邻的两个活动关节110之间还能够通过橡胶条连接，以使得相邻的两个活动关节110柔性连接。
40.进一步的，在本实施例中，活动关节110包括相对设置的第一侧和第二侧，第一侧设有连接杆111，连接杆111的自由端设有活动头112，第二侧开设有活动槽113，活动头112容置于活动槽113内，并能够在活动槽113内万向活动，相邻两个活动关节110的第一侧和第二侧之间具有间隙，以将相邻两个活动关节110球铰连接。具体的，活动头112设于第一侧的中心位置，活动槽113设于第二侧的中心位置。
41.在一实施例中，各活动关节110包括头部关节、中间关节和尾部关节，中间关节设有多个，各中间关节中的一个与头部关节柔性连接，另一个与尾部关节柔性连接，尾部关节与容置盒210柔性连接，各齿条220的前端连接于头部关节，各齿条220的末端安装于容置盒210，以实现骨架模组100和控制模组200的安装。
42.进一步的，在本实施例中，各活动关节110均为长方体，骨架模组100还包括多个限位板120，各活动关节110的四个侧面均安装有一个限位板120，各限位板120分别与各活动关节110的侧面转动连接，各限位板120上均开设有限位槽121，各齿条220均滑设于各限位槽121内，在各活动关节110之间发生相对运动时，齿条220能够牵引限位板120相对活动关节110转动，从而避免齿条220受到刚性冲击的损坏。可以理解的是，在相邻两个活动关节110相对转动时，各限位槽121随着活动关节110运动，从而减轻齿条220的变形，以保护齿条220。
43.具体的，各活动关节110的四个侧面可分别为第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面，当管道巡检机器人需要向第一侧面一侧的旁路管道行走时，变径模组300牵引第一侧面的齿条220，以使头部关节朝向第一侧面弯曲，以行走向该旁路管道，当管道巡检机器人需要向第二侧面一侧的旁路管道行走时，变径模组300牵引第二侧面的齿条220，以使头部关节朝向第二侧面弯曲，以行走向该旁路管道，当管道巡检机器人需要向第三侧面一侧的旁路管道行走时，变径模组300牵引第三侧面的齿条220，以使头部关节朝向第三侧面弯曲，以行走向该旁路管道，当管道巡检机器人需要向第四侧面一侧的旁路管道行走时，变径模组300牵引第四侧面的齿条220，以使头部关节朝向第四侧面弯曲，以行走向该旁路管道，当管道巡检机器人需要保持直行时，变径模组300均衡牵引各侧面的齿条220或相对各侧面的齿条220静止，以使管道巡检机器人沿管道的延伸轨迹行走。
44.在一实施例中，请参阅图1和图2，变径模组300包括安装架310、转动架320和控制
架330，控制架330设有两个，并均套设于骨架模组100，安装架310设有四个，并在骨架模组100的周向间隔分布，转动架320设有八个，两个控制架330均通过一个转动架320与一个安装架310转动连接，以将安装架310支撑于相邻两个控制架330之间，两个控制架330相对移动能够使得转动架320相对控制架330和安装架310转动，以改变安装架310相对骨架模组100的间距，从而适配不通的管道内径，驱动模组400包括多个驱动组件，各驱动组件一一对应设置于各安装架310，并能够与管道的内壁相抵，以能够驱动管道巡检机器人沿管道的延伸轨迹行走。具体的，转动架320的一端与安装架310转动连接，另一端与控制架330转动连接。
45.进一步的，在本实施例中，控制架330设有控制轮331，控制轮331的轮齿与齿条220的齿形啮合，控制轮331在齿条220上行走能够改变相邻两个控制架330之间的距离，从而使得转动架320相对控制架330和安装架310转动，以改变安装架310相对骨架模组100的间距，从而适配不通的管道内径。可以理解的是，各控制轮331均传动连接有驱动系统，以能够被驱动系统驱动旋转。
46.另外，各控制轮331中的一个或多个在齿条220上行走，还能够牵引各齿条220中的一个或多个，以改变骨架模组100的延伸轨迹。可以理解的是，当管道巡检机器人需要向第一侧面一侧的旁路管道行走时，变径模组300处于第一侧面的控制轮在齿条220上行走，变径模组300处于第二侧面、第三侧面和第四侧面的各控制轮相对齿条220静止，此时，变径模组300处于第一侧面的控制轮能够对处于第一侧面的齿条220施加一个牵引力，以使头部关节朝向第一侧面弯曲，以行走向该旁路管道。
47.进一步的，在本实施例中，驱动组件包括多个驱动轮410，各驱动轮410在安装架310上沿骨架模组100的延伸轨迹间隔分布，从而提供较好的驱动行走能力。可以理解的是，各驱动轮410均传动连接有驱动系统，以能够被驱动系统驱动旋转。具体的，变径模组300还包括多个控制板332，各控制轮331均通过控制板332安装于控制架330，各控制板332均转动连接于对应的控制架330，控制轮331转动连接于控制板332，从而在各活动关节110之间发生相对运动时，齿条220能够牵引控制板332和控制轮331转动，从而避免齿条220和控制轮331受到刚性冲击的损坏。
48.在本实施例中，各活动关节110均开设有减重孔114，从而便于减轻活动关节110的重量。
49.具体的，变径模组300还包括驱动板340，转动架320通过驱动板340安装于安装架310，驱动板340转动连接于安装架310，安装架310转动连接于驱动板340，转动架320相对驱动板340的转动轴线与驱动板340相对安装架310的转动轴线呈夹角设置，从而在各活动关节110之间发生相对运动时，驱动板340能够相对于安装架310旋转，以适应各活动关节110的相对运动，从而避免安装架310和转动架320之间的连接发生损坏。
50.通过上述限位板120能够相对活动关节110转动、控制板332能够相对控制架330转动，驱动板340能够相对安装架310转动的设置方式，能够极大的提高管道巡检机器人柔性形变能力，从而保证管道巡检机器人工作的稳定性和可靠性。
51.进一步的，在本实施例中，变径模组300设有两个，并沿骨架模组100的延伸轨迹间隔分布，驱动模组400设有两个，并与各变径模组300一一对应设置，通过多个变径模组300的设置，各变径模组300均能够独自牵引各齿条220中的一个或多个，以使骨架模组100的延
伸轨迹产生更多变化，从而适应更加复杂的管路分支结构，此时，当靠近容置盒210一侧的变径模组300独自牵引各齿条220中的一个或多个，以使骨架模组100的延伸轨迹发生变化时，管道巡检机器人还能够逆向行走，从而通过靠近容置盒210一侧的变径模组300改变管道巡检机器人在管道内的行走方向。当然，在其他实施例中，变径模组300还可设有三个或更多。
52.本实施例的管道巡检机器人，原理简单，零部件模块化，可根据实际的生产需求进行组合，可对应不同的需求自由增减活动关节110，同时模块化的零部件制造成本较低，容易组装。可应对管路中的岔管、变直径管、弯管等情况的巡检，实现一种装置在多种管路系统中运行，可快速对管路进行巡检，减轻了运维人员的劳动强度，缩短了巡检时间，大大节约了运维成本。
53.以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种管道巡检机器人，其特征在于，所述管道巡检机器人包括骨架模组、控制模组、变径模组和驱动模组，所述骨架模组包括多个活动关节，各所述活动关节依次序柔性连接，所述控制模组包括容置盒和多个齿条，各所述齿条在所述骨架模组的周向间隔分布，并均沿所述骨架模组的延伸轨迹延伸，各所述齿条的一端与所述骨架模组的前端相连接，另一端容置于所述容置盒内，所述变径模组套装于所述骨架模组，并能够牵引各所述齿条中的一个或多个，以改变所述骨架模组的延伸轨迹，所述变径模组还与所述驱动模组相连接，并能够改变所述驱动模组相对所述骨架模组的间距。2.根据权利要求1所述的管道巡检机器人，其特征在于，相邻两个所述活动关节之间通过球铰连接，相邻两个所述活动关节之间具有间隙。3.根据权利要求2所述的管道巡检机器人，其特征在于，所述活动关节包括相对设置的第一侧和第二侧，所述第一侧设有连接杆，所述连接杆的自由端设有活动头，所述第二侧开设有活动槽，所述活动头容置于所述活动槽内，并能够在所述活动槽内万向活动，相邻两个所述活动关节的所述第一侧和所述第二侧之间具有间隙。4.根据权利要求1所述的管道巡检机器人，其特征在于，各所述活动关节包括头部关节、中间关节和尾部关节，所述中间关节设有多个，各所述中间关节中的一个与所述头部关节柔性连接，另一个与所述尾部关节柔性连接，所述尾部关节与所述容置盒柔性连接，各所述齿条的前端连接于所述头部关节，各所述齿条的末端安装于所述容置盒。5.根据权利要求4所述的管道巡检机器人，其特征在于，各所述活动关节均为长方体，所述骨架模组还包括多个限位板，各所述活动关节的四个侧面均安装有一个所述限位板，各所述限位板分别与各所述活动关节的侧面转动连接，各所述限位板上均开设有限位槽，各所述齿条均滑设于各所述限位槽内。6.根据权利要求1所述的管道巡检机器人，其特征在于，所述变径模组包括安装架、转动架和控制架，所述控制架设有两个，并均套设于所述骨架模组，所述安装架设有四个，并在所述骨架模组的周向间隔分布，所述转动架设有八个，两个所述控制架均通过一个所述转动架与一个所述安装架转动连接，以将所述安装架支撑于相邻两个控制架之间，两个所述控制架相对移动能够使得所述转动架相对所述控制架和所述安装架转动，以改变所述安装架相对所述骨架模组的间距，所述驱动模组包括多个驱动组件，各所述驱动组件一一对应设置于各所述安装架，并能够与所述管道的内壁相抵。7.根据权利要求6所述的管道巡检机器人，其特征在于，所述控制架设有控制轮，所述控制轮的轮齿与所述齿条的齿形啮合；所述控制轮在所述齿条上行走能够改变相邻两个所述控制架之间的距离；各所述控制轮中的一个或多个在所述齿条上行走，还能够牵引各所述齿条中的一个或多个，以改变所述骨架模组的延伸轨迹。8.根据权利要求6所述的管道巡检机器人，其特征在于，所述驱动组件包括多个驱动轮，各所述驱动轮在所述安装架上沿所述骨架模组的延伸轨迹间隔分布；所述变径模组还包括驱动板，所述转动架通过所述驱动板安装于所述安装架，所述驱动板转动连接于所述安装架，所述安装架转动连接于所述驱动板，所述转动架相对所述驱动板的转动轴线与所述驱动板相对所述安装架的转动轴线呈夹角设置。9.根据权利要求8所述的管道巡检机器人，其特征在于，所述变径模组还包括多个控制
板，各所述控制轮均通过所述控制板安装于所述控制架，各所述控制板均转动连接于对应的所述控制架，所述控制轮转动连接于所述控制板。10.根据权利要求1所述的管道巡检机器人，其特征在于，各所述活动关节均开设有减重孔。

技术总结
本发明实施例公开了一种管道巡检机器人，管道巡检机器人包括骨架模组、控制模组、变径模组和驱动模组，骨架模组包括多个活动关节，各活动关节依次序柔性连接，以使管道巡检机器人能够在管道内弯曲行走，控制模组包括容置盒和多个齿条，各齿条在骨架模组的周向间隔分布，并均沿骨架模组的延伸轨迹延伸，变径模组套装于骨架模组，并能够牵引各齿条中的一个或多个，以改变骨架模组的延伸轨迹，从而改变管道巡检机器人在管道内的行走方向，变径模组还与驱动模组相连接，并能够改变驱动模组相对骨架模组的间距，以使管道巡检机器人能够适配不同直经的管道，通过本发明的管道巡检机器人能够对管道自动化巡检。够对管道自动化巡检。够对管道自动化巡检。


技术研发人员：张梦林 邱方程 胡发平 刘荣海 郭新良 何运华 李寒煜 宋玉锋 聂永杰 初德胜 郑欣 杨雪滢 孔旭晖 李宗红 周静波
受保护的技术使用者：云南电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/21