一种巡检机器人和巡检系统的制作方法

1.本实用新型属于管路巡检技术设备领域，尤其涉及一种巡检机器人和巡检系统。


背景技术：

2.在城市供水管网中，特别是比较老旧的城市，有相当比例的水(有的高达四分之一)泄漏，导致宝贵水资源的严重浪费和并造成了高额的经济损失。因此，非常有必要对管道内部进行巡检，找出泄漏位置并采取堵漏措施。然而，由于管道一般埋于城市地下，人工难以在管道外实施检测，导致泄漏问题在水利工程的涵洞和泄水管道中普遍存在。此外，在海洋油气开采的过程中，往往需要把油气从开采井输送到处理平台、fpso或路上基地，该过程所使用的管道长度高达数公里，甚至数百公里。该领域的管道巡检一般采用船舶带水下机器人(rov)来实现，其巡检成本比较高；并且由于管线常被掩埋，导致rov难以接近管壁，从而无法对管道进行精准检测。再者，陆上油气田与处理站、炼油厂以及终端用户之间都需要通过管路输送油气。有的管路很长，如西气东送管线长达数千公里，因此管道巡检的任务也是非常艰巨。最后，在化学品输送过程中，由于化学品可能有毒有害，对于输送管道的巡检和维护也需要借助专门的巡检机器人来完成。
3.目前，大部分大型供水和油气输送管道处于长期工作状态，并且不允许停工检修；此外，大部分管道的管身较长，其入口和出口之间的跨度较大。
4.但是，现有的巡检机器人具有两方面的缺陷，其一，其只能在管道处于空管时才能使用；其二，其内设置的蓄电池的储电量有限，导致巡检机器人的工作时间较短。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种巡检机器人，旨在解决如何在储存有流体的管道内行走，并延长行走时间的问题。
6.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种巡检机器人，能够在管道中行走，所述管道中具有沿预定方向流动的流体，所述巡检机器人包括壳体、叶轮、发电机、蓄电池、控制结构和行走结构；所述壳体具有容置腔，所述容置腔的一端具有第一开口；所述叶轮设置于所述第一开口处并连接所述发电机的转子，所述发电机、所述蓄电池和所述控制结构依次连接且均收容于容置腔中；所述行走结构连接所述壳体并电性连接所述控制结构；所述叶轮能够在所述流体的带动下转动并使所述发电机向所述蓄电池充电，所述蓄电池能够蓄电并对所述控制结构供电；所述控制结构能够控制所述行走结构沿着或背离所述预定方向移动。
7.在一个实施例中，所述行走结构包括间隔设置的多条行走臂，所述行走臂包括第一连杆和第一转轮；所述第一连杆的一端连接所述壳体，另一端转动连接所述第一转轮；所述第一转轮电性连接所述控制结构，并转动抵接所述管道的内壁；所述控制结构能够控制所述第一转轮沿所述管道内壁滚动。
8.在一个实施例中，所述壳体为圆柱状壳体，多个所述第一连杆均与所述壳体转动
连接，且多个所述第一连杆均能够朝向或背离所述壳体的轴线转动。
9.在一个实施例中，所述行走臂还包括第二连杆和第二转轮，所述第二连杆连接于所述第一连杆的自由端并平行于所述预定方向设置；所述第一转轮与所述第二转轮间隔且均转动安装于所述第二连杆上；所述第二转轮能够使所述第一连杆与所述管道之间保持固定角度。
10.在一个实施例中，所述叶轮包括传动轴和沿所述传动轴周向间隔设置的多个叶片，所述传动轴连接所述发电机的转子，多个所述叶片均转动连接所述传动轴并能够转动至平行于所述传动轴的轴线方向。
11.在一个实施例中，还包括检测结构；所述容置腔的另一端具有第二开口，所述检测结构设置于所述第二开口处并包括旋转臂和传感器；所述旋转臂的一端转动且电性连接所述控制结构，所述控制结构能够控制所述旋转臂在所述管道的相应截面内转动；所述旋转臂的另一端连接所述传感器并带动所述传感器绕所述管道相应截面的周向运动，所述传感器能够采集预定参数。
12.在一个实施例中，还包括万向球，所述万向球连接于所述控制结构与所述旋转臂之间，并转动连接所述控制结构。
13.在一个实施例中，还包括避障结构；所述避障结构连接所述壳体并电性连接所述控制结构；所述避障结构能够识别障碍物并向所述控制结构传递避障信号，所述控制结构接收到所述避障信号后能够控制所述行走结构拐弯或停止。
14.在一个实施例中，还包括修补结构，所述修补结构连接所述壳体并电性连接所述控制结构；所述传感器电性连接所述控制结构并能够向所述控制结构发送修补信号，所述控制结构能够在接收到所述修补信号之后控制所述修补结构对所述管道内壁的相应位置进行修补。
15.本技术还提供一种巡检系统，包括前述的巡检机器人，还包括两基站，两所述基站分别设置于所述管道的入口和出口处并分别用于发射和收集所述巡检机器人置。
16.本技术的有益效果在于：朝预定方向流动的流体作用于叶轮并使叶轮转动；叶轮连接发电机转子，其在转动的同时带动发电机转子随之转动，从而使得发电机将机械能转换为电能；发电机连接有蓄电池，并向蓄电池充电；蓄电池与控制结构连接，并能够向控制结构释放电能；控制结构连接行走结构，并控制行走结构沿着或背离预定方向运动；由此使得巡检机器人能够于储存有流体的管道中行走。此外，叶片能在流体的作用下能够持续驱动发电机发电，并将电能储存于蓄电池中，从而实现自主供电，继而能够延长巡检机器人在管道中的行走时间。综上，本技术解决了如何在储存有流体的管道内行走，并延长行走时间的技术问题。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性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技术的一些实施例，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它的附图。
18.图1为本技术实施例提供的巡检机器人的立体结构示意图；
19.图2为图1所示的巡检机器人与管道的相对位置示意图；
20.图3为图2所示的巡检机器人a处的局部放大图；
21.图4为图2所示的巡检机器人b处的局部放大图；
22.图5为图1所示的巡检机器人的行走臂的结构示意图；
23.图6为图1所示的巡检机器人的叶片的结构示意图。
24.其中，图中各附图标记：
25.100、巡检机器人；10、叶轮；11、叶片；111、第一转接孔；12、传动轴；20、壳体；30、行走臂；31、第一连杆；32、第二连杆；33、第一转轮；34、第二转轮；35、连接环；36、第二转接孔；37、螺栓；38、横梁；40、检测结构；41、旋转臂；42、传感器；43、万向球；200、管道。
具体实施方式
26.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本技术。
27.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”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，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技术的限制，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的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
28.请参阅图1及图2，本技术实施例提供了一种巡检机器人100，其能够在管道200中行走，管道200中具有沿预定方向流动的流体。巡检机器人100包括壳体20、叶轮10、发电机、蓄电池、控制结构和行走结构；壳体20具有容置腔，容置腔的一端具有第一开口；叶轮10设置于第一开口处并连接发电机的转子，发电机、蓄电池和控制结构依次连接且均收容于容置腔中；行走结构连接壳体20并电性连接控制结构，且行走结构外露于容置腔；叶轮10能够在流体的带动下转动并使发电机向蓄电池充电，蓄电池能够蓄电并对控制结构供电；控制结构能够控制行走结构沿着或背离预定方向移动。
29.可以理解的是，朝预定方向流动的流体作用于叶轮10并使叶轮10转动；叶轮10连接发电机转子，其在转动的同时带动发电机转子随之转动，从而使得发电机将机械能转换为电能；发电机连接有蓄电池，并向蓄电池充电；蓄电池与控制结构连接，并能够向控制结构释放电能；控制结构连接行走结构，并控制行走结构沿着或背离预定方向运动；由此使得巡检机器人100能够于储存有流体的管道200中行走。此外，叶片11能在流体的作用下能够持续驱动发电机发电，并将电能储存于蓄电池中，从而实现自主供电，继而能够延长巡检机器人100在管道200中的行走时间。综上，本技术解决了如何在储存有流体的管道200内行走，并延长行走时间的问题。
30.请参阅图1及图2，可以理解的是，巡检机器人100具有三种运动模式，其一，在流体的作用下沿着预订方向移动，此时电能稳定地储存于蓄电池中而不向控制结构释放，行走
结构在流体的推动下沿着管道200内壁移动；其二，在控制结构的作用下沿着预订方向移动，此时电能从蓄电池传递至控制结构，控制结构控制行走结构将电能转换为机械能以大于流体流速的速度沿着预订方向移动；其三，在控制结构的作用下背离预定方向移动，此时电能从蓄电池传递至控制结构，控制结构控制行走结构将电能转换为机械能并背离预定方向移动。
31.请参阅图1及图2，可选地，在本实施例中，行走结构包括间隔设置的多条行走臂30，行走臂30包括第一连杆31和第一转轮33；第一连杆31的一端连接壳体20，另一端转动连接第一转轮33；第一转轮33电性连接控制结构，并转动抵接管道200的内壁；控制结构能够控制第一转轮33沿管道200内壁滚动。
32.请参阅图1，可选地，在本实施例中，行走臂30设置有三条。
33.请参阅图1，可选地，在本实施例中，三条行走臂30沿壳体20的周向等间距设置。
34.请参阅图2，可选地，巡检机器人100运用于天然气输送管道中。可以理解的是，将巡检机器人100于天然气输送管道200的一端导入，另一端收取；巡检机器人100全程与流体的流动方向一致，故无需向第一转轮33施加动力以实现逆行，仅需将控制结构直接电性连接第一转轮33并控制第一转轮33转动即可。
35.可选地，在本实施例中，第一转轮33上安装有电机和刹车，且电机和刹车均与控制结构电性连接。可以理解的是，在本实施例中，控制结构向电机传递电信号并控制电机开启，从而使得电机能够驱动第一转轮33沿着管道200内壁滚动；控制结构还能够通过控制刹车的松紧，以控制第一转轮33的滚动速度或使第一转轮33停止滚动。
36.请参阅图1，可选地，在本实施例中，壳体20为圆柱状壳体20，多个第一连杆31均与壳体20转动连接，且多个第一连杆31均能够朝向或背离壳体20的轴线转动。
37.请参阅图1及图3，可选地，第一连杆31上开设有第二转接孔36，壳体上相应位置开设有螺纹孔，螺栓穿设第二转接孔30并螺锁安装于螺纹孔中。
38.可以理解的是，在本实施例中，依据不同管道200的截面大小将第一连杆31调整至合适角度，即可使第一转轮33与管壁贴合并保持其滚动的稳定性。
39.请参阅图1，可选地，壳体20的轴向长度大于壳体20的截面直径。可以理解的是，加长壳体20的轴向长度并减小壳体20的截面直径有助于减小巡检机器人100在流体中运动的阻力。
40.请参阅图1，可选地，第一连杆31依靠动力张紧，在故障情况时若巡检机器人100失去动力，第一连杆31能够自动收缩，巡检机器人100能够流动至出口。
41.请参阅图1，可选地，在本实施例中，行走臂30还包括第二连杆32和第二转轮34，第二连杆32连接于第一连杆31的自由端并平行于预定方向设置；第一转轮33与第二转轮34间隔且均转动安装于第二连杆32上；第二转轮34能够使第一连杆31与管道200之间保持固定角度。
42.请参阅图5，可选地，第二连杆32上间隔设置有两连接环35，第一转轮33和第二转轮34分别转动连接两连接环15。
43.请参阅图1，可选地，第二连杆32与第一连杆31转动连接。可以理解的是，在本实施例中，能够通过转动第二连杆32，使其与不同位置的管壁保持平行，即可使第一转轮33与第二转轮34均与管壁贴合，进而保持滚动的稳定性。
44.可以理解的是，第二转轮34具有定位作用，其能够使第一连杆31与管壁之间的角度保持固定，从而保证壳体20的轴线与相应位置的管道200的轴线平行。
45.可选地，第一转轮33与第二转轮34的功能能够相互转换。
46.可以理解的是，巡检机器人100能够运用于具有不同形状，如圆形、矩形、多边形的管道200中，且第一转轮33和第二转轮34的大小和结构均能够依据管道200的形状和表面粗糙程度而调整。
47.请参阅图1及图5，可选地，行走臂30还包括横梁38，第一连杆31、第二连杆32和横梁38两两连接。可以理解的是，横梁38有助于增强第一连杆31与第二连杆32之间连接的稳定性。
48.可选地，横梁38能够沿其长度方向伸缩。可以理解的是，横梁38设置为可伸缩的结构，有助于调整第一连杆31和第二连杆32之间的夹角，进而适应不同管道200内径的需求。
49.请参阅图1及图4，可选地，在本实施例中，叶轮10包括传动轴12和沿传动轴12周向间隔设置的多个叶片11，传动轴12连接发电机的转子，多个叶片11均转动连接传动轴12并能够转动至平行于传动轴12的轴线方向。
50.请参阅图1，可选地，在本实施例中，多个叶片11均与传动轴12交错设置。
51.请参阅图1，可选地，在本实施例中，多个叶片11均垂直于传动轴12设置。
52.可以理解的是，在本实施例中，多个叶片11在流体的作用下沿同一方向转动，从而带动传动轴12转动，传动轴12再进一步带动发电机转子转动，进而使得发电机发电并向蓄电池充电，从而实现巡检机器人100的自主供电。
53.请参阅图4及图6，可选地，叶片11上开设有第一连接孔111，传动轴12上设置有相应的柱体，柱体穿设第一连接孔111。
54.可以理解的是，在本实施例中，叶片11能够转动至平行于传动轴12的方向，从而能够减小巡检机器人100在运动时所受到的阻力，进而还能够减小耗能并延长巡检机器人100的工作时长。
55.可选地，蓄电池和多个叶片11均电性连接控制结构；蓄电池内储存的电量到达预定量时，向控制结构发送停止充电的电信号，控制结构接收到停止充电的电信号后控制多个叶片11并使多个叶片11均转动至平行于传动轴12的方向；蓄电池内储存的电量消耗至预定量的20％时，向控制结构发送开始充电的电信号，控制结构接收到开始充电的电信号后控制多个叶片11复位至与传动轴12交错设置。
56.可选地，控制结构接收到开始充电的电信号后还控制刹车制动并使巡检机器人100停止行走。
57.可以理解的是，在本实施例中，巡检机器人100除了能够顺流行走外，还能够逆流稳定行走。在逆流行走的情况下，蓄电池充满电后，多个叶片11收缩至平行于传动轴12的方向，由蓄电池给第一转轮33提供动力，推动巡检机器人100逆流行走；当蓄电池的电能消耗到低于20％之后，控制结构控制刹车制动并使巡检机器人100停止行走直至蓄电池充满电。在顺流行走的情况下，第一转轮33无需连接动力装置，仅依靠刹车控制运行速度。
58.请参阅图1，可选地，叶片11的长度与壳体20的截面直径具有4倍以上的差距。可以理解的是，巡检装置逆向行走时会受到较大阻力；增加叶片11长度与壳体20截面直径之间的差距，能够有效保证叶片11转动所产生的电能在经过合理的额外损耗后，还足以推动逆
流行走。
59.请参阅图1，可选地，在本实施例中，还包括检测结构40；容置腔的另一端具有第二开口，检测结构40设置于第二开口处并包括旋转臂41和传感器42；旋转臂41的一端转动且电性连接控制结构，控制结构能够控制旋转臂41在管道200的相应截面内转动；旋转臂41的另一端连接传感器42并带动传感器42绕管道200相应截面的周向运动，传感器42能够采集预定参数。
60.可选地，在控制结构与旋转臂41之间连接一电机，控制结构能够控制电机的开启与关闭，电机的转子连接旋转臂41并驱动旋转臂41在相应截面内转动。可选地，连接控制结构与旋转臂41的电机为步进电机。
61.可以理解的是，电机带动旋转臂41实现360度旋转，使得传感器42能够到达任何管壁位置，从而能够实现管道200内壁探测的全覆盖。
62.请参阅图1，可选地，该电机转子平行于壳体20的轴线设置，旋转臂41垂直连接该电机转子。
63.可以理解的是，传感器42连接于旋转臂41的自由端并位于接近管壁的地方，从而便于近距离检测以清晰地采集管壁的腐蚀和裂缝信息。
64.可选地，传感器42为基于单种或多种物理和化学原理组合，并结合信息处理功能而形成的具有综合观测能力的结构。
65.可选地，容置腔的另一端具有第二开口，第二开口处设置有连接结构，连接结构的一端转动连接控制结构，连接结构的另一端连接旋转臂41。
66.请参阅图1，可选地，在本实施例中，连接结构包括万向球43，万向球43连接于控制结构与旋转臂41之间，并转动连接控制结构。
67.可以理解的是，控制结构控制万向球43转动即可使得传感器42绕相应截面的周向运动并较为全面地采集管道200内壁的腐蚀和裂缝信息。
68.可选地，在本实施例中，还包括避障结构；避障结构连接壳体20并电性连接控制结构；避障结构能够识别障碍物并向控制结构传递避障信号，控制结构接收到避障信号后能够控制行走结构拐弯或停止。
69.可选地，避障结构可拆卸地安装于巡检机器人100沿行进方向的前端。
70.可以理解的是，避障结构利用图像、视频、雷达以及声学中的一种或几种组合进行探测，并能够实现观测和避障功能。
71.可选地，在本实施例中，控制结构具有智能控制单元；智能控制单元包括电路板、嵌入式智能处理器和外设接口，且其内设有智能软件并用智能软件控制系统的运行。可选地，在实施例中，智能控制单元包括总控室和多个分控室；总控向各分控室发出相应的指令；分控室根据相应的预设程序或者总控室的相应指令完成以下动作：控制叶轮10、发电机和蓄电池发电并蓄电；控制行走结构行走；从避障单元中手机信息并处理以做出判断，再调整行走的进程；将检测结构40检测到的数据存储于控制结构中的数据存储器里。可选地，控制结构具有严重管路问题或者巡检机器人100自身故障的报警功能，报警信息通过声学或者电信号传送回到总控室。
72.可选地，在本实施例中，还包括修补结构，修补结构连接壳体20并电性连接控制结构；传感器42电性连接控制结构并能够向控制结构发送修补信号，控制结构能够在接收到
修补信号之后控制修补结构对管道200内壁的相应位置进行修补。
73.请参阅图1，本实用新型还提出了一种巡检系统，该巡检系统包括上述任意一种方案的巡检机器人100，该巡检机器人100的具体结构参照上述实施例，由于本采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此同样具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
74.可选地，巡检系统还包括两基站，两基站分别设置于管道200的入口和出口处并分别用于发射和收集巡检机器人100。
75.可选地，巡检系统还包括通讯系统。
76.可以理解的是，在本实施例中，通讯系统能够在预定时间内远程报告管道200内部的泄漏和锈蚀位置以及巡检机器人100的故障情况。
77.以上仅为本技术的可选实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。