一种水下管道智能巡检清收机器人

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1.本实用新型具体涉及一种水下管道智能巡检清收机器人。


背景技术：

2.随着工业以及社会的需要,水下管道因其运输的简便性常被大量铺设。而这种设于水下的管道，在长时间的使用中易受外力、环境等因素的影响,在某些位置管体可能会受到粘附物影响而造成损伤、甚至泄漏的情况。目前常用的方法主要是人工定期清理、检修。这种方法工作量大，效率不高，且清理人员的安全没有保证。水下机器人作为一种工作于水下的机器人能全天候全方位对水下管道进行巡检并清理，但巡检的效果有待提升，将管道外壁上附着的垃圾清理的过程中，被清理的垃圾掉落后继续附着在海底，除了泥沙、水体本身的沉淀外，还常有如袋子，包装物等塑料制品，在水下机器人巡检到并从管体清除后，任其在水底可能还会对环境造成一定的影响，对海水造成污染，此外还会出现缠绕在机器人上的情况，严重时影响机器人的正常使用，目前水下机器人装置均未涉及到集巡检功能和清理功能于一体的水下机器人，使用具有局限性，故障维修工作一直在水下工作过程中实时紧密配合。


技术实现要素：

3.为解决上述背景技术中提及的问题，本实用新型的目的在于提供一种水下管道智能巡检清收机器人。
4.一种水下管道智能巡检清收机器人，包括支撑框架、驱动总成、密封仓、控制系统、机械爪和回收筐，所述支撑框架为匚字形框体，支撑框架的底部形成有水流通道，水流通道的前端为水流进入端，水流通道的后端为水流流出端，驱动总成、密封仓和回收筐均设置在支撑框架上，密封仓内设置有控制系统，驱动总成与控制系统相连接，机械爪设置在水流通道内且其处于密封仓的底部，回收筐设置在机械爪的后方，回收筐开口端朝向机械爪设置。
5.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
6.一、本实用新型通过支撑框架、驱动总成、密封仓、控制系统、机械爪和回收筐之间相互配合形成的水下机器人，能够全天候全方位对水下管道进行巡检并清理，回收清理掉的废物，做到水下管道情况的实时反馈，其运动灵活，工作高效，能够实现水下管道维护过程的真正自主化，稳定获取粘附于水下的管道待清理物且能够进行有效回收。
7.二、机械爪中两个拉伸弹簧的弹力对第一爪件和第二爪件张开的角度自主调整，能较好地拟合市面上常见管道的形状及管道直径大小，进行对应调节。结构简化、连接稳定的同时还易于更换。
8.三、本实用新型能够同时兼备清理以及回收的连续使用性能，当机器人向前运动进行管道外壁清理时，水流会把受到弹簧合页弹力的回收筐门冲开，粘附物也会随着向后的水流进入回收筐中；当机器不再向前运动时，回收筐门受到合页弹簧的弹力闭合，由于回收筐筐内底部有凸起部分，因此回收筐门只能向回收筐内部打开，借助水流流动为开启动
力，能够实现无人管控的开启过程。
9.四、本实用新型能够实现自动识别和处理黏附物的过程，当机器人前端的识别摄像头识别到管道上的黏附物时，控制系统操控竖直推进器使整个机器人下潜到管道上，确保支撑框架下方的机械爪稳定夹持在管道表面，柔性垫片与管道接触，机器人沿管道的长度方向向前运动时，通过柔性垫片、第一爪件和第二爪件之间相互配合实现刚柔兼备的结构形式，将粘附于管道的黏附物剥离管道表面，由于水流影响，被剥离的管道黏附物被回收筐回收，从而完成清理回收的连续处理动作，之后机器人再脱离管道上潜，从而完成了一轮的巡检、清理和回收的连续处理过程。
10.五、本实用新型能够连续处理障碍物和黏附物的过程，通过支撑框架、驱动总成、密封仓、控制系统、机械爪和回收筐之间相互配合实现对管道周围由大范围清理障碍物至小范围精准刮掉管外壁黏附物的连续操作过程。
附图说明：
11.为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。
12.图1为本实用新型的第一立体结构示意图；
13.图2为本实用新型的第二立体结构示意图；
14.图3为本实用新型的第三立体结构示意图；
15.图4为支撑框架的第一立体结构示意图；
16.图5为支撑框架的第二立体结构示意图；
17.图6为回收筐的立体结构示意图；
18.图7为机械爪的立体结构示意图；
19.图8为密封仓的爆炸结构示意图；
20.图9为密封仓和机械爪之间连接关系的立体结构示意图。
21.图中，1-支撑框架；1-1-横向杆；1-2-第一侧板；1-3-减重孔；2-驱动总成；2-1
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水平推进器；2-2-竖直推进器；3-密封仓；3-1-仓盖；3-2-仓体；3-3-仓体密封圈；3-4
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穿线螺栓；3-5-穿线螺母；3-6-螺栓密封圈；5-机械爪；5-1-第一连接轴；5-2-第二连接轴；5-3-第一爪件；5-4-第二爪件；5-5-柔性垫片；5-6-拉伸弹簧；5-7-固定座片； 6-回收筐；6-1-顶板；6-2-背板；6-3-弧形板；6-4-第二侧板；6-5-底板；6-6-纳物腔室； 6-7-回收筐门；6-8-弹簧合页；6-9-凸起部；7-前连接块；8-后连接块；9-上连接块； 9-1-固定块；9-2-延长杆；9-3-定位套；10-摄像头；11-通水长孔；11-1-第一通水长孔； 11-2-第二通水长孔；11-3-第三通水长孔；11-4-第四通水长孔；22-管道；23-方形固定套。
具体实施方式：
22.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
23.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用
新型关系不大的其他细节。
24.具体实施方式一：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，本具体实施方式采用以下技术方案，包括支撑框架1、驱动总成2、密封仓3、控制系统、机械爪5和回收筐6，所述支撑框架1为匚字形框体，支撑框架1的底部形成有水流通道，水流通道的前端为水流进入端，水流通道的后端为水流流出端，驱动总成2、密封仓3和回收筐6均设置在支撑框架1上，密封仓3内设置有控制系统，机械爪5设置在水流通道内且其处于密封仓3的底部，回收筐6设置在机械爪5的后方，回收筐6开口端朝向机械爪5设置。
25.本实施方式中所述支撑框架1沿其宽度方向的纵向截面形状为匚字形。
26.具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一的进一步限定，支撑框架1包括两个横向杆1-1和两个第一侧板1-2，两个第一侧板1-2竖直并列设置，两个横向杆 1-1水平并列设置在两个第一侧板1-2之间，每个横向杆1-1的端部可拆卸连接在其靠近的第一侧板1-2内壁上，每个横向杆1-1靠近两个第一侧板1-2的顶部设置，每个第一侧板1-2沿其厚度方向加工有至少一个减重孔1-3。
27.本实施方式中减重孔1-3起到减轻第一侧板1-2重量的作用。
28.具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式一或二的进一步限定，驱动总成2 包括两个水平推进器2-1和四个竖直推进器2-2，每个第一侧板1-2外壁上对应设置有两个竖直推进器2-2，每个竖直推进器2-2竖直设置在其对应的第一侧板1-2外壁上，每个竖直推进器2-2通过一个楔形垫块2-3穿过第一侧板1-2与横向杆1-1的端部相连接，处在同一第一侧板1-2外壁上的两个竖直推进器2-2之间设置有一个水平推进器2-1，每个水平推进器2-1设置在第一侧板1-2的外壁上。
29.本实施方式中水平推进器2-1和四个竖直推进器2-均为现有螺旋桨推进器，螺旋桨安装在静置时水线以下的推进轴上，由主机带动推进轴一起转动，将水从桨叶的吸入面吸入，从排出面排出，利用水的反作用力推动船艇前进。使用推进器结构简单，而且体积比较小，占用的面积很小，因此，在应用的时候较为灵活，维护也比较方便，还可以防止一些水中线状物的的缠绕，能够减少故障的发生。同时推进器中的螺旋桨含有三片刀片状，其转动的速度快，能够保证其工作效率。
30.进一步的，推进器电机采用无刷直流电动机，这种电机主要特征是具有与普通有刷直流电动机相似的机械特性以及必须有电子换向电路。无刷直流电动机彻底取消了机械换向器和电刷，这样在可靠性方面和电磁兼容方面有了很大的改善，同时无刷电机又具备和传统直流电动机相同的线性机械特性，有调速范围宽、起动力矩大、效率高等优点。因此，推进器正反螺旋桨均可正反转，电机模块搭配使用动力足、转速高，电机转速增加使得排水速度增加进而增大总推力，使得本实用新型能够进行浮潜或前后运动。
31.具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式三的进一步限定，两个横向杆1-1 和两个第一侧板1-2围合形成有方形口，密封仓3设置在方形口内，两个横向杆1-1 中的一个所述横向杆1-1上一体连接有前连接块7，密封仓3的外壁上套装有方形固定套23，方形固定套23通过前连接块7与支撑框架1相连接，两个横向杆1-1中的另一个所述横向杆1-1上一体连接有后连接块8，方形固定套23外壁通过后连接块8 与支撑框架1相连接。
32.本实施方式中方形固定套23的设置能够增强支撑框架1与密封仓3的间接连接强度。
33.具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式一、二、三或四进一步限定，机械爪5包括第一连接轴5-1、第二连接轴5-2、第一爪件5-3、第二爪件5-4、柔性垫片 5-5、两个拉伸弹簧5-6和两个固定座片5-7，两个固定座片5-7竖直并列设置在方形固定套23的底部，第一爪件5-3通过第一连接轴5-1铰接在两个固定座片5-7上，第二爪件5-4通过第二连接轴5-2铰接在两个固定座片5-7上，第一爪件5-3的夹持面通过柔性垫片5-5与第二爪件5-4的夹持面相连接，柔性垫片5-5为匚字形片体，每个固定座片5-7的外壁上设置有一个拉伸弹簧5-6。
34.本实施方式中柔性垫片5-5为海绵布片，其包括海绵内芯和外布袋，外布袋为长方形扁形袋体，海绵内芯设置在外布袋内，起到机械爪5与管道22柔性且稳定连接的效果，防滑脱。
35.本实施方式中机械爪5顶部固定安装在方形固定套23的底部，机械爪5的顶部穿过密封仓3与控制系统相连接，第一爪件5-3绕第一连接轴5-1的旋转过程受控制系统驱动，同理，第二爪件5-4绕第二连接轴5-2的旋转过程受控制系统驱动，从而控制机械爪5夹持宽度的大小，实现对不同管径的稳定夹持，从而在同一水下作业工作中，实现对不同外径的管道22进行连续作业效果。
36.进一步的，当机械爪5的顶部穿过密封仓3与控制系统相连接时，需要另设置舵机控制机械爪5夹持的宽度，控制系统从密封仓3引出线路均是通过在密封仓3的仓壁上打孔穿线形成，布线完成后用密封胶灌封穿线螺栓的孔，密封仓3即可完全密封，从而便于控制系统对机械爪5和驱动总成2的实时控制。
37.具体实施方式六：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四或五进一步限定，方形固定套23上设置有上连接块9，上连接块9上铰接有摄像头10，摄像头10的摄像端朝向支撑框架1的水流进入端设置。
38.本实施方式中上连接块9包括固定块9-1、延长杆9-2和定位套9-3，定位套9-3 套装在摄像头10上，固定块9-1固定连接在方形固定套23上，延长杆9-2为t形杆， t形杆的水平端固定连接在固定块9-1上，t形杆的竖直端与定位套9-3相铰接，通过固定块9-1、延长杆9-2和定位套9-3之间相互配合实现摄像头10探出支撑框架1 外一定距离，根据水下不同情形及时调整监控支撑框架1朝向下方的监控角度，实现适应性俯仰调整过程，以监控到支撑框架1下方多个方位的情况。
39.具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五或六的进一步限定，回收筐6包括顶板6-1、背板6-2、弧形板6-3、两个第二侧板6-4和两个底板 6-5，两个第二侧板6-4竖直设置，顶板6-1水平设置在两个第二侧板6-4的顶部，背板6-2设置在两个第二侧板6-4的后端，每个第二侧板6-4对应设置有一个底板6-5，每个第二侧板6-4的内侧壁底部水平设置有其对应的底板6-5，弧形板6-3设置在两个底板6-5之间，弧形板6-3与两个底板6-5固定连接制为一体，弧形板6-3的底面穿设有水下管体20，顶板6-1、背板6-2、弧形板6-3、两个第二侧板6-4和两个底板 6-5围合形成有纳物腔室6-6，顶板6-1的前端、弧形板6-3的前端、两个第二侧板6-4 的前端和两个底板6-5的前端围合形成有与纳物腔室6-6相连通的进口，进口处铰接有回收筐门6-7。回收筐门6-7通过弹簧合页6-8与进口的顶部相铰接。
40.本实施方式中回收筐门6-7朝向纳物腔室6-6转动，每个底板6-5的顶面上设置有
配合回收筐门6-7的凸起部6-9。起到阻挡回收筐门6-7的作用，使回收筐门6-7 能够随水流流动方向实现单向开启效果。
41.具体实施方式八：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六或七的进一步限定，回收筐6沿其壁厚方向加工有多个通水长孔11。多个通水长孔11起到滤过水流的作用，将黏附物稳定滞留在回收筐6中。
42.本实施方式中多个通水长孔11包括多个第一通水长孔11-1、多个第二通水长孔 11-2、多个第三通水长孔11-3、多个第四通水长孔11-4和多个第五通水长孔，回收筐6包括顶板6-1、背板6-2、弧形板6-3、两个第二侧板6-4和两个底板6-5；
43.本实施方式中顶板6-1沿其板厚方向均匀加工有多个第一通水长孔11-1，多个第一通水长孔11-1均倾斜设置，每个第一通水长孔11-1的长度方向与水平方向之间的夹角小于90度；
44.本实施方式中背板6-2沿其板厚方向均匀加工有多个第二通水长孔11-2，多个第二通水长孔11-2均倾斜设置，每个第二通水长孔11-2的长度方向与水平方向之间的夹角小于90度；
45.本实施方式中弧形板6-3沿其板厚方向均匀加工有多个第三通水长孔11-3，多个第三通水长孔11-3均倾斜设置，每个第三通水长孔11-3的长度方向与水平方向之间的夹角小于90度；
46.本实施方式中每个第二侧板6-4沿其板厚方向均匀加工有多个第四通水长孔 11-4，多个第四通水长孔11-4均倾斜设置，每个第四通水长孔11-4的长度方向与水平方向之间的夹角小于90度；
47.本实施方式中每个底板6-5沿其板厚方向均匀加工有多个第五通水长孔，多个第五通水长孔均倾斜设置，每个第五通水长孔的长度方向与水平方向之间的夹角小于 90度。
48.本实施方式中各个通水长孔11与其所在的板体之间的最佳夹角为60度。
49.具体实施方式九：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的进一步限定，密封仓3包括仓盖3-1、仓体3-2、仓体密封圈3-3、穿线螺栓3-4、穿线螺母3-5和螺栓密封圈3-6，仓体3-2的顶端为敞口端，仓盖3-1可拆卸连接在仓体3-2的敞口端，仓盖3-1和仓体3-2之间设置有仓体密封圈3-3，穿线螺母3-5设置在仓体3-2内，穿线螺栓3-4的一端穿过仓盖3-1与穿线螺母3-5相连接，穿线螺栓 3-4上套装有螺栓密封圈3-6，螺栓密封圈3-6设置在穿线螺栓3-4和仓盖3-1之间。
50.本实施方式中密封仓3为一种全方面密封式结构体，与本实用新型中各个运动姿态相关的控制系统设置在密封仓3中，从而确保水下深潜过程的持久可靠运行。
51.本实用新型中控制系统设置在密封仓3中，控制系统包括锂电池、控制器、电机驱动模块、稳压模块、平衡模块、视觉模块以及机器视觉能力芯片，所述锂电池作为电源通过稳压模块将12v的电压转换为5v电压给机器的各个模块供电；控制器协调各模块的运行；电机驱动模块控制六个推进器的运动；平衡模块控制支撑框架1自调平稳；视觉模块以及机器视觉能力芯片通过摄像头10识别并检测管道22，使得控制系统控制本实用新型整体结构进行巡管。
52.控制器具体为现有一种主控芯片，其工作原理与现有控制器的工作原理相同
53.本实用新型中控制系统配合使用的程序为现有程序。
54.本实用新型控制系统的完整操作过程为：
55.机器人启动后，锂电池通过稳压模块将12v的电压转换为5v电压给机器的各个模块供电，控制器发送信号给电机驱动模块，继而电机驱动模块控制水平推进器2-1 和/或竖直推进器2-2运转使支撑框架1带动其上的密封仓3、机械爪5和回收筐6潜入水中，此时平衡模块控制支撑框架1的平衡；视觉模块以及机器视觉能力芯片通过摄像头10识别并检测管道22，进而反馈信息给控制器，由控制器协调各个模块工作，寻找到水下管道并停留在管道22上方进行沿管道巡检。
56.当视觉模块以及机器视觉能力芯片通过摄像头10识别到管道22外壁需要清理时，控制器控制电机驱动模块运转竖直推进器2-2使机器人下潜，此时视觉模块以及机器视觉能力芯片通过摄像头10拍摄的管道22图像不断放大，判断机器人的机械爪 5还没有达到贴合管道22外壁的程度，当摄像头10拍摄的管道22图像大小无变化，视觉模块以及机器视觉能力芯片反馈机器人机械爪5已贴合管道22外壁的信息给控制器，继而电机驱动模块将竖直推进器2-2停转，水平推进器2-1运转使机器人前进，进行管道粘附物清收工作；当摄像头10不再拍摄到粘附物时，视觉模块以及机器视觉能力芯片将未检测到粘附物的信号回传主控模块，主控模块发送停止清收工作的信号给电机驱动模块，继而水平推进器2-1停转，竖直推进器2-2运转，机器人上升悬浮在管道22上方，继续执行巡检工作。
57.本实用新型的工作原理：
58.通过支撑框架1前端的摄像头10配合两个水平推进器2-1和四个竖直推进器2-2 对管道22进行巡检，当摄像头10识别到管道22上的黏附物时，控制系统操控机器四个竖直推进器2-2使支撑框架1下潜到管道22上，支撑框架1底部的机械爪5克服管壁与柔性垫片5-5之间的摩擦力以及拉伸弹簧5-6弹力卡接在管道22的表面，柔性垫片5-5与管道22相接触，机器人开始向前运动，同时将粘附于管道22的黏附物擦去，由于机器人沿管道22的长度方向向前运动，被擦去的管道黏附物被机器人携带的粘附物回收筐6回收，当清理回收完成，机器人上潜一定距离，完成了一轮的巡检-清理-回收过程。
59.本实用新型具有多个工作模式，具体如下：
60.巡检模式：摄像头10未发现到管道粘附物，机器人在管道22上方一定距离沿着管道移动；
61.清理回收模式：当机器人前端的摄像头10识别到管道上的黏附物时，控制系统控制机器四个竖直推进器使机器下潜到管道上，机械爪5夹持在管道22表面，柔性垫片5-5与管道22相接触，机器人向前运动，同时将粘附于管道22的黏附物剥离去，由于机器人沿管道22的长度方向移动，水流流动将回收筐门6-7推开，使被剥离掉的管道黏附物随水流方向进入回收筐6中，当清理回收完成，机器人上潜到管道22 上方一定距离，完成了一轮的巡检-清理-回收的连续处理过程。
62.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。