漂流机器

本发明属于管道巡检，涉及一种漂流机器。

背景技术：

1、日常生活和工业生产中存在着大量的管道，例如，中央空调的送风管道、化工管道、工厂的送水/排水管道等。管道的内部巡检是一项非常重要的运维工作。通过管道内部巡检，能够及时发现管道内部的病害和缺陷，有助于采取预防措施和及时进行管道的更换或维修。为此，研究人员开发了很多管道巡检机器人。

2、cn202210833584.5公开了一种管道巡检机器人。该机器人通过多个轮子支撑在管道的壁面来实现移动。该机器人的运动机构没有办法在复杂的管道中移动。例如管道从水平管道向竖直管道过渡，该机器人没法从水平管道进入竖直管道，并且，该机器人也没法在竖直管道中克服重力爬行。特别是当管道壁面有粉尘或是有水的时候，轮子和壁面之间的摩擦系数减小，轮子无法在壁面上产生足够的摩擦力来平衡机器人的自身重力。

3、对于有水的管道(例如，水库的大型输水管道、输水沟渠等)，研究人员用水下潜器进行管道内巡检。通常，水下潜器具有两个或以上的螺旋桨，螺旋桨和水之间形成相对运动，因此产生推进力，实现在管道里移动。水下潜器在管道中移动时，如果推力控制得不好，水下潜器在推力的驱动下会撞向壁面，导致严重的损坏。为了避免这样的碰撞发生，必须很好地控制水下潜器的多个螺旋桨的推力。如果采用人工控制的方式，操作人员用眼睛观察水下潜器的情况并进行操控。在操作人员无法用眼睛观察水下潜器的情况，水下潜器前端的摄像头给操作人员传回图像，操作人员根据图像进行操控。如果管道很长(例如，数公里)，水下潜器在封闭的管道内无法把图像传送给操作人员，同时，操作人员的操控信号也无法传输到达水下潜器。对于这种情况，我们不得不提高水下潜器的自主移动能力，通过增设大量的传感器并使用高级的智能控制算法，同时相应地增加计算的硬件资源。这就导致水下潜器的制作成本和研发成本大幅上升。

4、如果管道有水且管道内的空间比较宽敞，也可以采用水下滑翔机进行巡检。水下滑翔机依靠自身的浮力驱动。水下滑翔机先增加浮力，上升至一定高度，然后减小浮力，调整重心到前端，在重力的作用下机头倾斜向下进行滑行。在向下滑行的过程中，水下滑翔机的机翼和水之间相对运动，因此水施加力给机翼，这个力推动水下滑翔机向前运动。

5、上述的三种现有技术都无法应用于长距离管道和结构复杂的管道的场景，因为：

6、(1)轮驱动的管道巡检机器人和水下潜器都把动力机构(即驱动轮、螺旋桨)安装在机器本体上。为了给动力机构提供电能，我们可以把电池设置在机器本体上。但是，电池的容量有限，如果管道有数公里甚至数十公里，电池很难维持超长距离、超长时间的续航。搭载大容量的电池又会增加机器人的负担。如果采用电缆供电，电缆的长度必须和管道一样长。显然，长距离的电缆会带来很大的拖拽阻力。让机器拖拽数公里的电缆向前移动，这是非常不切实际的。

7、(2)水下潜器和水下滑翔机等机器利用自身的结构部件(螺旋桨，机翼等)和管道内的流体之间的相对运动来产生移动的推力。我们必须对推力进行控制，从而控制好机器的移动速度和移动方向。推力的控制是需要成本的，例如，运动检测传感器、复杂的控制算法和运行控制算法的微型计算机等。在存在流体流动的管道里，流体流动的速度会影响螺旋桨、机翼等结构部件，这就进一步增加了控制的成本和难度。如果推力控制得不好，机器在推力的驱动下撞到管道壁面，会造成严重的后果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种漂流机器，该机器直接利用流体的流动进行移动，能大幅降低机器本体的能耗，该机器能够很容易地实现沿着复杂管道运动，机器与流体基本上是相对静止的，降低了机器的控制难度，同时也能降低制作成本。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种漂流机器，用于存在流体流动的管道内，包括主体和浮力体，浮力体产生浮力以平衡漂流机器的部分或全部重力，漂流机器乘着流体流动从而实现漂流机器沿着管道移动。

4、上述技术方案中，进一步地，所述漂流机器还包括一个或多个流动发生器，流动发生器设置在管道的一个或多个端口，流动发生器使管道内流体产生流动。更进一步地，可以设置一个或多个流动发生器在管道的一个或多个端口从而在管道内改变流体流动的原来的路径。

5、进一步地，所述的漂流机器也可以还包括一个或多个堵块，堵块设置在管道的一个或多个端口，堵块阻止管道内的流体从对应的端口流出。更进一步地，可以设置一个或多个堵块在管道的一个或多个端口上，从而改变管道内的流体流动的原来的路径。

6、进一步地，所述浮力体的浮力是可调节的。

7、进一步地，所述浮力体的浮力在“大于漂流机器重力”和“小于漂流机器重力”的两种状态之间反复变化。

8、进一步地，所述漂流机器还包括高度检测传感器用于检测漂流机器在流体中的漂浮高度。

9、进一步地，所述漂流机器的重心位置和浮力的作用位置不重合。

10、管道等结构体内部流动往往具有很好的导向性，即流体肯定沿着管道进行流动，本发明的漂流机器正是利用了这一特点从而极大的简化了机械设计和降低了控制难度。本发明的漂流机器的本体的控制难度低、无需安装动力机构，能够很容易地从管道进口运动到管道的流出端口。与现有的技术相比，本发明的漂流机器具有以下的有益效果：

11、1)本发明中漂流机器能够依靠管道内流体的流动进行沿管道运动，可以在管道的流入端口处使用流动发生器来使管道内形成流体流动，也可以利用管道内已有的流体流动。漂流机器乘着流体流动沿着管道运动，这是一种完全不同于现有技术的设计思想。在背景技术中所提到的管道巡检机器人、水下潜器等都是把动力机构安装在本体上，而本发明则是把动力机构和机器主体分开。本发明的动力机构就是流动发生器或是管道内的流体流动。把动力机构和机器主体分开的设计思想解决了动力机构在管道中的电能供给的问题，同时也能实现机器主体的低噪音。本发明将动力机构(即流动发生器)设置在管道流入端口处，电能供给的电缆不需要进入管道，动力机构消耗电能来克服流体流动和管道壁面之间的摩擦阻力，如果管道很长，我们只需要增大流动发生器的功率。并且，因为流动发生器在管道的外面，增大功率是很容易做到的。

12、(2)本发明的漂流机器乘着管道内的流体流动向前运动，漂流机器的速度和流体流动的速度基本上是相同的。也就是说，漂流机器和流体之间基本上不存在明显的相对运动，这就相当于漂流机器悬浮在相对静止的流体里。因此，漂流机器不需要做复杂的力控制和运动控制，也就不需要复杂的控制算法和控制算法所需的硬件资源，大大降低了控制难度和成本。这一点完全不同于水下潜器和水下滑翔机。

13、(3)因为漂流机器和流体几乎是相对静止的，所以，无论漂流机器具有怎样的外形，都不会受到流体的额外作用力。也就是说，漂流机器对形状设计的要求是非常低的。相较之下，水下潜器、水下滑翔机需要流线型的外形，降低流体流动对它们的运动的影响。

技术特征：

1.一种漂流机器，其特征在于，所述漂流机器应用于存在流体流动的管道内，包括主体和浮力体，浮力体产生浮力以平衡漂流机器的部分或全部重力，漂流机器乘着流体流动从而实现漂流机器沿着管道移动。

2.根据权利要求1所述的漂流机器，其特征在于，所述漂流机器还包括一个或多个流动发生器，流动发生器设置在管道的一个或多个端口，流动发生器使管道内流体产生流动。

3.根据权利要求2所述的漂流机器，其特征在于，设置一个或多个流动发生器在管道的一个或多个端口从而在管道内改变流体流动的原来的路径。

4.根据权利要求1所述的漂流机器，其特征在于，所述漂流机器还包括一个或多个堵块，堵块设置在管道的一个或多个端口，堵块阻止管道内的流体从对应的端口流出。

5.根据权利要求4所述的漂流机器，其特征在于，设置一个或多个堵块在管道的一个或多个端口上，从而改变管道内的流体流动的原来的路径。

6.根据权利要求1-5任一项所述的漂流机器，其特征在于，所述浮力体的浮力是可调节的。

7.根据权利要求1-5任一项所述的漂流机器，其特征在于，所述浮力体的浮力在“大于漂流机器重力”和“小于漂流机器重力”的两种状态之间反复变化。

8.根据权利要求7所述的漂流机器，其特征在于，所述漂流机器还包括高度检测传感器用于检测漂流机器在流体中的漂浮高度。

9.根据权利要求1-8任一项所述的漂流机器，其特征在于，所述漂流机器的重心位置和浮力的作用位置不重合。

技术总结
本发明公开了一种漂流机器，所述漂流机器应用于存在流体流动的管道内，包括主体和浮力体，浮力体产生浮力以平衡漂流机器的部分或全部重力，漂流机器乘着流体流动从而实现漂流机器沿着管道移动。本发明的漂流机器能够直接利用管道内流体的流动进行沿管道运动，该方案可以将流动发生器等动力机构与漂流机器的主体设备进行分离，能大幅降低机器本体的能耗，可以使得漂流机器的主体设备脱离供电缆线，有利于长距离工作，且相对于现有技术而言，该漂流机器对形状没有要求，且无需复杂的控制算法和计算硬件设备，可极大降低控制难度及降低成本。

技术研发人员：黎鑫
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13