【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管道攀爬及缺陷检测，具体涉及一种可旋转越障的管道巡检机器人及其控制方法。
技术介绍
1、在一般工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中，管道作为一种高效的物料输送手段而得到广泛的应用。为提高管道的使用寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行定期的检测维护，由于人工检测成本高，周期长，甚至人员检测风险高，需要一种自动化设备代替人力进行作业，管道机器人为满足该需要而产生。
2、为使机器人适应不同的管径，需使机器人具有较大的管道抱紧范围，在此基础上，为了使机器人进行高效的巡检工作，机器人还需具有越障等功能，现有的外管道巡检机器人面对管道铺设时出现交叉、并行等情况时，其无法越过类似复杂障碍而继续进行巡检作业。因此，开发设计一种能够自主运动且能适应复杂障碍环境的管道巡检机器人，具有重要的意义和价值。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提出一种可旋转越障的管道巡检机器人及其控制方法，旨在解决传统外管道巡检机器人越障能力不足，运行不平稳，巡检效率低等问题。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种可旋转越障的管道巡检机器人，包括复合轮抱式驱动单元、检测单元和供电模块。其中复合轮抱式驱动单元包括轮抱式轴向驱动装置和轮抱式周向驱动装置；检测单元包括数据处理器和信号单元；供电模块主要包括电池组件。
4、更进一步的，所述轮抱式轴向驱动装置和轮抱式周向驱动装置共用一对抱紧臂机构，同时各有一套用于驱动的自适应驱动机构。
5、更进一步的，所述复合轮抱式驱动单元的抱紧臂机构为左右对称结构，其包括两套相同的单滑块多连杆机构及用于行走和支撑的万向轮组件，以下对该结构的右侧一半进行描述：所述复合轮抱式驱动单元的抱紧臂机构包括支撑壳体，抱紧电机，刚性联轴器，动力输出轴，支撑架，齿轮，齿条，传动框架，限位块，第一连杆，第二连杆，第三连杆，“u”型抱紧臂、两套相同的万向轮组件。所述抱紧电机固连在支撑壳体的内壁上端，所述抱紧电机的输出轴通过刚性联轴器与动力输出轴的一端固连，动力输出轴另一端通过平键与齿轮连接；所述传动框架由两个相同的“u”型槽钢组成，其上、下表面共设有六个带安装孔的凸台，其中四个对称布置的所述凸台用螺栓固连，所述传动框架内部侧面开设贯通的“凹”型滑槽；两个支撑架的一端均固定在支撑壳体外侧的上表面，另一端与传动框架下表面中间的两个凸台固连；两根齿条平行分布并同时与齿轮啮合，每根齿条的背面均设有“凸”型滑轨，分别与传动框架两侧的“凹”型滑槽构成移动副，所述限位块固连在传动框架开设的“凹”型滑槽的端部；所述齿条一端设有延伸支架，通过所述延伸支架与“之”型的第一连杆的一端铰接，第一连杆的另一端与“l”型的第二连杆的一端铰接，同时“l”型的第二连杆中间拐角处开设有铰接孔，通过该铰接孔与第三连杆的一端铰接，“l”型的第二连杆的另一端与“u”型抱紧臂的底部固连，第三连杆的另一端水平固连在支撑壳体的外侧右壁上，“u”型抱紧臂的两个末端各固连有一个万向轮组件。其中，由传动框架，齿条，第一连杆，第二连杆，第三连杆，“u”型抱紧臂，支撑壳体等构成单滑块多连杆机构，该机构实现将齿条的直线运动转化成“u”型抱紧臂绕第三连杆铰接孔的轮抱式旋转运动。
6、更进一步的，所述轮抱式轴向驱动装置的轴向自适应驱动机构包括两个电动推杆，第一电机支架，轴向驱动电机，轴向驱动轮固定板，两套轴向驱动轮组件。其中，两个所述电动推杆的上端都固连在支撑壳体的内壁上，下端均与轴向驱动轮固定板上方固连，轴向驱动轮固定板下方通过螺栓固连两套轴向驱动轮组件；所述第一电机支架固连在轴向驱动轮固定板上，轴向驱动电机固连在第一电机支架上；所述轴向驱动轮组件的轮体表面为弧形，其传动轴外伸轴段设有第一皮带槽口，其与轴向驱动电机的输出轴通过皮带传动连接，两套所述轴向驱动轮组件的传动轴之间也通过皮带传动连接。
7、更进一步的，所述轮抱式周向驱动装置的周向自适应驱动机构包括两套相同的双滑块多连杆机构及用于行走和支撑的周向驱动轮组件，且两套装置水平依次布置，以下针对其中一套进行描述。所述复合轮抱式驱动单元的周向自适应驱动机构包括多个铰接支架，第一滑块连杆，直线导轨，矩形滑块，第二滑块连杆，“l”型连杆，周向驱动轮固定板，两套相同的周向驱动轮组件，第二电机支架，周向驱动电机。其中，第一铰接支架固连在轴向驱动轮固定板上，并通过其上的铰接孔与第一滑块连杆的一端铰接，直线导轨的两端固连在支撑壳体的两侧内壁上，矩形滑块空套在直线导轨上且二者构成滑动连接，矩形滑块外壁下端左右各固连有第二铰接支架和第三铰接支架，其中第二铰接支架与第一滑块连杆铰接，第三铰接支架与第二滑块连杆铰接，“l”型连杆中间折弯处开有铰接孔，通过该铰接孔与固连在支撑壳体上的第四铰接支架铰接，“l”型连杆的一端与第二滑块连杆铰接，另一端与周向驱动轮固定板固连，所述周向驱动轮固定板末端与所述周向驱动轮组件固连；所述第二电机支架固连在支撑壳体下方，周向驱动电机固连在第二电机支架上；所述周向驱动轮组件的传动轴外伸轴段设有第二皮带槽口，其与所述周向驱动电机的输出轴通过皮带传动连接。其中，由轴向驱动轮固定板，铰接支架，第一滑块连杆，直线导轨，矩形滑块，第二滑块连杆，“l”型连杆，周向驱动轮固定板，支撑壳体等构成双滑块多连杆机构，该机构实现轴向驱动轮组件“压紧”或“远离”管道外壁的同时，将周向驱动轮组件“远离”或“压紧”管道外壁，即实现轮抱式轴向驱动装置和轮抱式周向驱动装置对管道外壁抱紧时的夹持切换。
8、更进一步的，所述数据处理器包括数据分析单元，数据存储器，检测控制单元，运动控制单元；所述信号单元包括红外摄像机，激光测距仪，gps定位模块，压力传感器；所述供电模块主要包括电池组件。其中，红外摄像机和激光测距仪固连在支撑壳体的前端外壁上，电池组件和数据处理器固连在支撑壳体左侧外壁上，gps定位模块固连在支撑壳体右侧外壁上，所述万向轮组件上装配有所述压力传感器。
9、更进一步的，所述管道缺陷检测系统的具体检测方法包括：
10、s1、机器人启动运动模式，此时两个电动推杆同时伸出，将两套轴向驱动轮组件压紧在管道外壁上，同时抱紧电机正转，带动齿轮、齿条啮合的传动机构运动，并通过单滑块多连杆机构实现“u”型抱紧臂向管道抱紧；
11、s2、数据处理器实时监控来自压力传感器回传的压力信号，当压力数值达到预定值时，抱紧电机停止转动；
12、s3、轴向驱动电机带动轴向驱动轮组件转动，使机器人沿着管道轴向方向前进，同时数据处理器实时监控由红外摄像机、激光测距仪回传的图像信息和障碍位置信息。若回传的图像信息和障碍位置信息无异常，机器人继续前进；若有异常，数据处理器的运动控制单元首先控制轴向驱动电机停转，接着数据分析单元对异常状态进行分析；
13、s4、由数据分析单元对异常状态进行分析，若该异常属于管道缺陷，由红外摄像机拍摄并回传图像信息，由gps定位模块回传位置信息，之后机器人继续前进；若该异常属于“t”型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可旋转越障的管道巡检机器人，其特征在于，包括复合轮抱式驱动单元，所述复合轮抱式驱动单元包括轮抱式轴向驱动装置和轮抱式周向驱动装置；
2.根据权利要求1所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，一对抱紧臂机构为左右对称结构，所述抱紧臂机构包括支撑壳体(1)，抱紧电机(2)、刚性联轴器(3)、动力输出轴(4)、支撑架(5)、齿轮(6)、齿条(7)、传动框架(8)、限位块(9)、第一连杆(10)、第二连杆(11)、第三连杆(12)、“U”型抱紧臂(13)和两套相同的万向轮组件(14)；
3.根据权利要求2所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，所述传动框架(8)、齿条(7)、第一连杆(10)、第二连杆(11)、第三连杆(12)、“U”型抱紧臂(13)和支撑壳体(1)构成单滑块多连杆机构，该单滑块多连杆机构将齿条(7)的直线运动转化成“U”型抱紧臂(13)绕第三连杆(12)铰接孔的轮抱式旋转运动。
4.根据权利要求1所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，所述轴向自适应驱动机构包括两个电动推杆(15)、第一电机支架(
5.根据权利要求1所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，所述周向自适应驱动机构包括多个铰接支架(20)、第一滑块连杆(21)、直线导轨(22)，矩形滑块(23)、第二滑块连杆(24)、“L”型连杆(25)、周向驱动轮固定板(26)、两套相同的周向驱动轮组件(27)、第二电机支架(28)和周向驱动电机(29)；
6.根据权利要求5所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，所述轴向驱动轮固定板(18)、铰接支架(20)、第一滑块连杆(21)、直线导轨(22)、矩形滑块(23)、第二滑块连杆(24)、“L”型连杆(25)、周向驱动轮固定板(26)和支撑壳体(1)构成双滑块多连杆机构，该双滑块多连杆机构实现轴向驱动轮组件(19)“压紧”或“远离”管道外壁的同时，将周向驱动轮组件(27)“远离”或“压紧”管道外壁，即实现轮抱式轴向驱动装置和轮抱式周向驱动装置对管道外壁抱紧时的夹持切换。
7.根据权利要求1所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，还包括检测单元和供电模块，检测单元包括数据处理器(30)和信号单元(31)；供电模块包括电池组件(32)；
8.根据权利要求1所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，在单个巡检机器人的基础上，通过增加一个转动关节可以将两个该机器人串联起来构成一种可旋转越障的管道串联巡检机器人；
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人的控制方法，其特征在于：机器人的运动检测控制方法包括：
10.根据权利要求9所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人的控制方法，其特征在于：机器人的具体越障动作如下：
...【技术特征摘要】
1.一种可旋转越障的管道巡检机器人，其特征在于，包括复合轮抱式驱动单元，所述复合轮抱式驱动单元包括轮抱式轴向驱动装置和轮抱式周向驱动装置；
2.根据权利要求1所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，一对抱紧臂机构为左右对称结构，所述抱紧臂机构包括支撑壳体(1)，抱紧电机(2)、刚性联轴器(3)、动力输出轴(4)、支撑架(5)、齿轮(6)、齿条(7)、传动框架(8)、限位块(9)、第一连杆(10)、第二连杆(11)、第三连杆(12)、“u”型抱紧臂(13)和两套相同的万向轮组件(14)；
3.根据权利要求2所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，所述传动框架(8)、齿条(7)、第一连杆(10)、第二连杆(11)、第三连杆(12)、“u”型抱紧臂(13)和支撑壳体(1)构成单滑块多连杆机构，该单滑块多连杆机构将齿条(7)的直线运动转化成“u”型抱紧臂(13)绕第三连杆(12)铰接孔的轮抱式旋转运动。
4.根据权利要求1所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，所述轴向自适应驱动机构包括两个电动推杆(15)、第一电机支架(16)、轴向驱动电机(17)、轴向驱动轮固定板(18)和两套轴向驱动轮组件(19)；
5.根据权利要求1所述的一种可旋转越障的管道巡检机器人,其特征在于，所述周向自适应驱动机构包括多个铰接支架(20)、第一滑块连杆(21)、直线导轨(22)，矩形滑块(23)、第二滑块...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪永明，冯赛，王金龙，汪小敏，洪伟奇，周琪，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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