用于外墙燃气立管检测与自适应堵漏的智能修复机器人的制作方法

本发明涉及外墙燃气立管检测与堵漏，特别涉及用于外墙燃气立管检测与自适应堵漏的智能修复机器人。

背景技术：

1、燃气立管通常沿居民楼、商业楼等建筑物外墙面竖向敷设，是燃气输配系统的重要组成部分。燃气立管长期暴露于户外环境，容易受到日晒雨淋、温湿度变化、腐蚀老化、接口松动和外力碰撞等因素影响，进而产生泄漏、壁厚减薄、局部开裂或管体破损等安全隐患。

2、现有燃气立管巡检和维修主要依赖人工高空作业。人工检测通常需要借助爬梯、吊篮、脚手架或高空作业车，不仅作业效率低，而且存在高空坠落和泄漏环境下近距离作业的安全风险。传统手持式检测方式还容易受到环境气流、操作姿态和检测距离的影响，对微量泄漏、接口隐患和管壁减薄的综合识别能力有限。

3、已有部分沿管道攀爬的检测机器人能够对管道进行局部巡检，但这类设备通常依赖管壁抱持、磁吸或管壁吸附进行移动，其移动范围受单根管道限制，难以在建筑物外墙面上横向移动并在多根燃气立管之间转移。当外墙面存在窗台、管卡、转角或多根立管间距变化时，沿管攀爬机器人还容易受到管道外形和附件阻挡。

4、另外，现有机器人多以检测为主，发现泄漏后通常仍需人工携带工具进行维修，检测、泄漏等级判断和堵漏修复之间缺少自动化闭环。对于不同泄漏程度，微量渗漏、中量泄漏和管道破损所需的修复方式不同，若仅采用单一修复工具，难以兼顾修复可靠性和作业效率。

5、因此，如何灵活的对燃气立管进行多源综合检测、根据泄漏等级自动选择修复工具并完成堵漏修复成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供用于外墙燃气立管检测与自适应堵漏的智能修复机器人，实现的目的是解决现有燃气立管检测设备移动范围受限、检测与修复分离、人工高空维修风险高以及不同泄漏程度难以自动匹配修复方式的问题。

2、为实现上述目的，本发明公开了用于外墙燃气立管检测与自适应堵漏的智能修复机器人，包括机器人主体、外墙吸附式行走机构、控制组件、检测组件、多自由度机械臂和自适应堵漏修复执行机构；

3、所述机器人主体用于承载所述外墙吸附式行走机构、所述控制组件、所述检测组件、所述多自由度机械臂和所述自适应堵漏修复执行机构；

4、所述外墙吸附式行走机构设置在所述机器人主体朝向建筑物外墙面的一侧，包括多个对称布置的电动真空吸盘足，以及与各所述电动真空吸盘足对应连接的步进驱动机构；

5、所述检测组件设置在所述机器人主体背向所述建筑物外墙面的一侧，通过伸缩检测臂将超声波传感器、激光甲烷遥测仪和拍摄模块移动至紧贴待检测的燃气立管；

6、所述多自由度机械臂的一端设置在所述机器人主体背向所述建筑物外墙面的一侧与所述检测组件相邻，另一端设置所述自适应堵漏修复执行机构；

7、所述自适应堵漏修复执行机构包括工具座、快换接口、工具识别件以及通过快换接口连接的堵漏修复工具；

8、所述堵漏修复工具包括设置在所述工具座的密封胶喷涂工具、包覆带缠绕工具或管道抱箍安装工具；

9、所述多自由度机械臂通过所述快换接口从所述工具座选择连接所述密封胶喷涂工具、所述包覆带缠绕工具或所述管道抱箍安装工具；

10、所述工具识别件用于识别所述快换接口连接的所述密封胶喷涂工具、所述包覆带缠绕工具或所述管道抱箍安装工具的状态，并反馈给所述控制组件。

11、优选的，每一所述电动真空吸盘足均通过吸盘足连接机构与所述机器人主体连接；

12、每一所述吸盘足连接机构均包括用于与所述机器人主体固定的吸盘足主体侧安装座，用于与相应的所述电动真空吸盘足固定的吸盘足侧安装座，以及设置在相应的所述吸盘足主体侧安装座及相应的所述吸盘足侧安装座之间的平行连杆或伸缩导向杆；

13、每一所述步进驱动机构均包括直线驱动件、导向件和限位检测件；

14、在移动时，所述控制组件控制一个以上，并少于全部数量的所述电动真空吸盘足保持吸附，控制剩余的所述电动真空吸盘足释放吸附，并在相应的所述步进驱动机构的作用下移动至下一吸附位置，随后使移动后的所述电动真空吸盘足进行吸附，并控制一个以上未进行移动的所述电动真空吸盘足释放吸附，并在相应的所述步进驱动机构的作用下移动至下一吸附位置，直至所有所述电动真空吸盘足均完成移动后执行下轮所有所述电动真空吸盘足的移动，直至移动至需要的位置。

15、更优选的，包括四个所述电动真空吸盘足，相对于所述机器人主体呈上下左右对称布置；

16、每一所述电动真空吸盘足均设置与所述控制组件连接的真空压力传感器；

17、每一所述真空压力传感器均将相应的所述电动真空吸盘足的真空压力数据传送给所述控制组件；

18、所述控制组件根据每一所述真空压力传感器传送的真空压力数据判断相应所述电动真空吸盘足的吸附可靠性，具体为：

19、当任一所述电动真空吸盘足的真空压力数据低于吸附安全阈值时，所述控制组件停止相应的所述步进驱动机构，或控制其余所述电电动真空吸盘足进入保持吸附状态。

20、优选的，所述伸缩检测臂能够向所述燃气立管方向伸出或收回；

21、所述超声波传感器用于贴近所述燃气立管表面进行壁厚检测和缺陷扫描，形成壁厚异常信息；

22、所述激光甲烷遥测仪用于检测所述燃气立管周围空气中的甲烷浓度，形成甲烷浓度信息；

23、所述拍摄模块用于采集所述燃气立管表面图像、接口图像以及修复前后的状态图像，形成图像缺陷信息。

24、优选的，所述多自由度机械臂为六自由度关节式机械臂，包括依次相连的基座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、腕部旋转关节、腕部俯仰关节和末端旋转关节；

25、所述基座旋转关节与所述大臂俯仰关节之间、所述大臂俯仰关节与所述小臂俯仰关节之间、所述小臂俯仰关节与所述腕部旋转关节之间、所述腕部旋转关节与所述腕部俯仰关节之间、所述腕部俯仰关节与所述末端旋转关节之间，以及所述末端旋转关节与所述自适应堵漏修复执行机构之间均设有通过独立伺服驱动件驱动的关节；

26、所有所述独立伺服驱动件均由所述控制组件驱动旋转。

27、优选的，所述工具识别件是编码开关、射频识别件、磁性识别件或电连接识别端子；

28、所述密封胶喷涂工具包括储胶筒、微型泵、喷涂头和喷涂距离检测件，适用于微量渗漏；

29、所述控制组件根据所述喷涂距离检测件反馈的距离信号控制所述多自由度机械臂保持所述喷涂头与所述燃气立管表面的预设间距，并控制所述微型泵按预设流量将所述储胶筒内的密封胶输送至所述喷涂头，使所述喷涂头对泄漏点进行点状、线状或环向涂覆；

30、所述包覆带缠绕工具包括柔性包覆带卷盘、导向轮、压紧轮和张紧检测件，适用于中量泄漏；

31、所述柔性包覆带由柔性包覆带卷盘输出，所述经导向轮引导后由所述压紧轮压紧于所述燃气立管表面；

32、所述控制组件根据所述张紧检测件反馈的张紧力信号，调整所述多自由度机械臂的运动速度或所述压紧轮的压紧力，使柔性包覆带沿燃气立管周向或沿螺旋路径覆盖所述燃气立管的泄漏点及泄漏点周边管壁；

33、所述管道抱箍安装工具包括抱箍供料仓、抱箍夹持爪、螺栓旋拧器和抱箍闭合驱动件，适用于大量泄漏或管道破损；

34、所述抱箍夹持爪从抱箍供料仓取出抱箍，并将抱箍套装于所述燃气立管的破损处，所述抱箍闭合驱动件使抱箍合拢，所述螺栓旋拧器对准并锁紧抱箍螺栓，使抱箍对破损处形成机械压紧和密封。

35、优选的，所述机器人主体内设有定位导航模块；

36、所述定位导航模块包括激光雷达和惯性测量单元；

37、所述激光雷达用于扫描所述建筑物外墙面及所述燃气立管的空间轮廓；

38、所述惯性测量单元用于获取所述机器人主体的姿态信息；

39、所述控制组件根据所述激光雷达和所述惯性测量单元的数据建立所述机器人主体、所述建筑物外墙面和所述燃气立管之间的作业坐标系。

40、更优选的，所述机器人主体内设有蓄电池；

41、所述蓄电池用于为所述外墙吸附式行走机构、所检测组件、所多自由度机械臂、所自适应堵漏修复执行机构和所定位导航模块供电。

42、优选的，所述控制组件包括控制箱、信号接收器、中心主板、控制器和逻辑运算模块；

43、所述逻辑运算模块内集成泄漏量分级决策算法模块，通过所述泄漏量分级决策算法模块对所述检测组件采集到甲烷浓度信息、壁厚异常信息和图像缺陷信息进行融合分析，确定泄漏等级，并将对应的堵漏修复指令发送至所述控制器；

44、所述控制器根据所述堵漏修复指令控制所述多自由度机械臂和所述自适应堵漏修复执行机构执行对应动作。

45、优选的，所述控制组件按照预设程序，控制所述外墙吸附式行走机构使所述机器人主体吸附于所述建筑物外墙面移动至所述燃气立管检测区域；

46、通过所述定位导航模块获取所述建筑物外墙面的轮廓、所述燃气立管的轮廓和所述机器人主体的姿态信息，并由所述控制组件建立作业坐标系；

47、通过所述检测组件采集所述燃气立管周边的甲烷浓度信息、壁厚异常信息和图像缺陷信息；

48、所述控制组件根据所述甲烷浓度信息、所述壁厚异常信息和所述图像缺陷信息确定泄漏等级，根据所述泄漏等级控制所述多自由度机械臂通过所述快换接口选择连接所述密封胶喷涂工具、所述包覆带缠绕工具或所述管道抱箍安装工具，再驱动所述多自由度机械臂、所述自适应堵漏修复执行机构对所述燃气立管进行修复，修复过程如下：

49、当甲烷浓度超过背景浓度，且所述燃气立管的壁厚异常和图像缺陷未达到破损判定条件时，所述控制组件的逻辑运算模块判定为微量渗漏，所述控制组件的控制器控制所述多自由度机械臂通过所述快换接口连接所述密封胶喷涂工具，并驱动所述密封胶喷涂工具的喷涂头对准泄漏点涂抹密封胶；

50、当甲烷浓度超过第一泄漏阈值且存在接口异常、腐蚀减薄或裂纹图像特征时，所述逻辑运算模块判定为中量泄漏，所述控制器控制所述多自由度机械臂连接所述包覆带缠绕工具，使所述包覆带缠绕工具的柔性包覆带在导向轮和压紧轮作用下缠绕于泄漏点及其周边管壁；

51、当甲烷浓度超过第二泄漏阈值，或者图像缺陷信息表征所述燃气立管存在孔洞、贯穿裂纹或明显破损时，所述逻辑运算模块判定为大量泄漏或管道破损，所述控制器控制所述多自由度机械臂连接所述管道抱箍安装工具，通过所述管道抱箍安装工具将抱箍套装于破损处，并通过所述管道抱箍安装工具的螺栓旋拧器锁紧；

52、当甲烷浓度超过预设安全阈值时，所述控制组件控制停止所述密封胶喷涂工具、所述包覆带缠绕工具或所述管道抱箍安装工具，并通过所述控制组件的信号接收器或通信模块向远程终端发送报警信息；

53、修复后通过所述检测组件对所述燃气立管的修复区域进行复检，并将修复前后的检测数据和图像信息发送至远程终端，具体为：

54、在完成堵漏修复后，所述检测组件的拍摄模块对修复区域进行二次拍摄，所述检测组件的激光甲烷遥测仪再次采集修复区域周围甲烷浓度，所述检测组件的超声波传感器再次检测修复区域附近壁厚状态；

55、所述控制组件将修复前后的检测数据和图像信息发送至远程终端；

56、若复检结果仍满足泄漏判定条件，所述控制组件执行二次修复，或者发送人工处置报警信息；

57、最后，所述控制组件按照预设程序，控制所述外墙吸附式行走机构使所述机器人主体吸附于所述建筑物外墙面移动至下一检测位置或下一所述燃气立管处，重复检测、分级和堵漏修复流程。

58、本发明的有益效果：

59、本发明以建筑物外墙面为移动附着基础，不依赖燃气立管本体攀爬，能够绕开单根管道限制并在多根燃气立管之间转移。

60、本发明对甲烷浓度、壁厚异常和图像缺陷三类信息相互校验，能够降低单一检测手段造成误判的概率。

61、本发明的控制组件根据泄漏等级自动匹配密封胶喷涂、包覆带缠绕或抱箍安装方式，减少发现泄漏后等待人工维修的时间。

62、本发明通过定位导航模块建立作业坐标系并控制机械臂末端姿态，能够提高外墙复杂场景下的修复定位精度。

63、本发明修复后进行复检和远程反馈，有利于形成燃气立管巡检与应急处置闭环。

64、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。