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专利号: 2024108056475
申请人: 安徽建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三段式结构的管外爬行器,其特征在于,

上部爬行机构,其包括:两组上部麦克纳姆轮、上部变径组件;两组上部麦克纳姆轮间隔设置、并配有对应的驱动件;两组上部麦克纳姆轮设置在上部变径组件上;所述上部变径组件用于调整两组上部麦克纳姆轮的间距;

下部爬行机构,其包括:两组下部麦克纳姆轮、下部变径组件;两组下部麦克纳姆轮间隔设置、并配有对应的驱动件;两组下部麦克纳姆轮设置在下部变径组件上;所述下部变径组件用于调整两组下部麦克纳姆轮的间距;

其中,所述上部麦克纳姆轮与下部麦克纳姆轮为相反类型;

中部夹紧机构,其包括:两组夹紧轮、中部变径组件;所述两组夹紧轮间隔设置、并设置在中部变径组件上;所述中部变径组件用于调整两组夹紧轮的间距;

其中,所述三段式结构的管外爬行器在管道外爬行时,两组上部麦克纳姆轮、两组下部麦克纳姆轮、两组夹紧轮均分布在管道两侧;两组上部麦克纳姆轮作为第一组轮件,两组下部麦克纳姆作为第二组轮件,两组夹紧轮作为第三组轮件,第一组轮件或/和第二组轮件用于驱动所述三段式结构的管外爬行器进行爬行,第一组轮件、第二组轮件、第三组轮件中至少有两组轮件压紧管道;

上部提升机构,其位于上部爬行机构、中部夹紧机构之间;所述上部提升机构包括:上部外框架、两组上部提升组件;两组上部提升组件设置在上部外框架内;以及下部提升机构,其位于下部爬行机构、中部夹紧机构之间;所述下部提升机构包括:下部外框架、两组下部提升组件;两组下部提升组件设置在下部外框架内;

其中一组上部提升组件用于调整上部爬行机构在垂直于管道轴向方向上的位置;其中一组下部提升组件用于调整下部爬行机构在垂直于管道轴向方向上的位置;另一组上部提升组件和另一组下部提升组件同步工作,用于调整中部夹紧机构在垂直于管道轴向方向上的位置。

2.根据权利要求1所述的三段式结构的管外爬行器,其特征在于,所述上部变径组件、下部变径组件结构相同,均包括:支撑架、驱动齿轮、变径结构一、变径结构二;

在上部变径组件或下部变径组件中:所述驱动齿轮设置在支撑架上、并配有相应的驱动件;所述变径结构一、变径结构二关于驱动齿轮呈中心对称设置;所述变径结构一与变径结构二结构相同,均包括:齿条一、滑轨一、安装架一;所述齿条一与驱动齿轮啮合;所述滑轨一固定连接支撑架、并位于齿条一背向驱动齿轮的一侧;所述滑轨一与齿条一平行设置、并对齿条一组成滑动副;所述齿条一的一端越过支撑架、并连接安装架一;

其中一组上部麦克纳姆轮设置在上部变径组件的变径结构一的安装架一上、并配有相应的驱动件,另一组上部麦克纳姆轮设置在上部变径组件的变径结构二的安装架一上、并配有相应的驱动件;

其中一组下部麦克纳姆轮设置在下部变径组件的变径结构一的安装架一上、并配有相应的驱动件,另一组下部麦克纳姆轮设置在下部变径组件的变径结构二的安装架一上、并配有相应的驱动件。

3.根据权利要求1所述的三段式结构的管外爬行器,其特征在于,所述中部变径组件包括:两个中部滑轨、两个中部轮架、中部伸缩器;

两个中部滑轨、两个中部轮架围成可调大小的矩形结构;两个中部轮架结构相同,并平行设置;其中一组夹紧轮设置在其中一个中部轮架上,另一组夹紧轮设置在另一个中部轮架上;两个中部滑轨平行设置;一个中部轮架、一个中部滑轨组成一组滑动副;中部伸缩器用于通过伸缩来调整两个中部轮架的间距。

4.根据权利要求3所述的三段式结构的管外爬行器,其特征在于,所述中部伸缩器包括:至少两个电动推杆;

矩形结构分为两组滑动副,包括:中部滑动副一、中部滑动副二;

其中一个电动推杆的一端铰接中部滑动副一的中部轮架、另一端铰接中部滑动副一的中部滑轨;另一个电动推杆的一端铰接中部滑动副二的中部轮架、另一端铰接中部滑动副二的中部滑轨。

5.根据权利要求1所述的三段式结构的管外爬行器,其特征在于,所述上部外框架和下部外框架连接为一体;

所述上部提升组件、下部提升组件结构相同,均包括:提升伸缩件、连接板;

上部提升组件的提升伸缩件设置在上部外框架内、且伸缩端与上部提升组件的连接板连接;

下部提升组件的提升伸缩件设置在下部外框架内、且伸缩端与下部提升组件的连接板连接;

其中一组上部提升组件的连接板连接上部变径组件,另一组上部提升组件的连接板连接中部变径组件;

其中一组下部提升组件的连接板连接下部变径组件,另一组下部提升组件的连接板连接中部变径组件。

6.根据权利要求1所述的三段式结构的管外爬行器,其特征在于,所述上部爬行机构、下部爬行机构均设置有障碍检测组件一;所述障碍检测组件一包括:至少两个视觉传感器一;

在位于上部爬行机构的障碍检测组件一中,一个视觉传感器一设置在上部爬行机构背离上部提升机构的一侧、其感应方向为目标管件轴向,另一个视觉传感器一面向目标管件设置、其感应方向为垂直于管道轴向方向;

在位于下部爬行机构的障碍检测组件一中,一个视觉传感器一设置在下部爬行机构背离下部提升机构的一侧、其感应方向为目标管件轴向,另一个视觉传感器一面向目标管件设置、其感应方向为垂直于管道轴向方向;

所述中部夹紧机构还设置有障碍检测组件二;所述障碍检测组件二包括:至少一个视觉传感器二;其中一个视觉传感器二面向目标管件设置、其感应方向为垂直于管道轴向方向。

7.如权利要求1‑6中任一项所述的三段式结构的管外爬行器的爬行方法,其特征在于,包括:通过上部变径组件调整两组上部麦克纳姆轮的间距、下部变径组件调整两组下部麦克纳姆轮的间距、中部变径组件调整两组夹紧轮的间距,直至第一组轮件、第二组轮件、第三组轮件中至少有两组轮件压紧管道;

若第一组轮件、第二组轮件、第三组轮件均压紧管道,或第一组轮件、第二组轮件压紧管道,保持两组上部麦克纳姆轮、两组下部麦克纳姆轮转速相同;其中,两组上部麦克纳姆轮转向相反,两组下部麦克纳姆轮转向相反,位于相同侧的上部麦克纳姆轮和下部麦克纳姆轮转向相同;从而使三段式结构的管外爬行器沿着管道轴向进行移动;

若第一组轮件、第三组轮件压紧管道,保持两组上部麦克纳姆轮转速相同、转向相反,使三段式结构的管外爬行器沿着管道轴向进行移动;

若第二组轮件、第三组轮件压紧管道,保持两组下部麦克纳姆轮转速相同、转向相反,使三段式结构的管外爬行器沿着管道轴向进行移动。

8.一种三段式结构的管外爬行器的避障方法,其特征在于,包括:

采用如权利要求7所述的三段式结构的管外爬行器的爬行方法使三段式结构的管外爬行器沿着管道轴向爬行,并检测管道在爬行方向上是否存在障碍处;

若存在障碍处,则分析判断障碍处是否可避开;

若障碍处可避开,则依据预设规则一进行避障;

其中,预设规则一设计为:

保持两组上部麦克纳姆轮转速相同,保持两组下部麦克纳姆轮转速相同;其中,两组上部麦克纳姆轮转向相反,两组下部麦克纳姆轮转向相反,位于相同侧的上部麦克纳姆轮和下部麦克纳姆轮转向相反;从而使三段式结构的管外爬行器沿着管道周向旋转,直至管道绕开障碍处。

9.一种三段式结构的管外爬行器的越障方法,其特征在于,包括:

采用如权利要求7所述的三段式结构的管外爬行器的爬行方法使三段式结构的管外爬行器沿着管道轴向爬行,并检测管道在爬行方向上是否存在障碍处;

若存在障碍处,则分析判断障碍处是否可跨越;

若障碍处可跨越,则依据预设规则二进行越障;

其中,预设规则二设计为:

在三段式结构的管外爬行器向障碍处逐渐靠近的过程中:

(1)若上部爬行机构与障碍处的距离大于下部爬行机构与障碍处的距离,则控制上部变径组件增大两组上部麦克纳姆轮的间距、控制上部提升机构提升上部爬行机构,直至上部爬行机构与障碍处不干涉;

随着三段式结构的管外爬行器的爬行,上部爬行机构逐渐越过障碍处;在上部爬行机构越过障碍处后,控制上部提升机构降低上部爬行机构、控制上部变径组件缩小两组上部麦克纳姆轮的间距,直至上部爬行机构复位;

之后,中部夹紧机构靠近障碍处,控制中部变径组件增大两组夹紧轮的间距、控制上部提升机构和下部提升机构同步提升中部夹紧机构,直至中部夹紧机构与障碍处不干涉;

随着三段式结构的管外爬行器的爬行,中部夹紧机构逐渐越过障碍处;

在中部夹紧机构越过障碍处后,控制上部提升机构和下部提升机构同步降低中部夹紧机构、控制中部变径组件缩小两组夹紧轮的间距,直至中部夹紧机构复位;

之后,下部爬行机构靠近障碍处,控制下部变径组件增大两组下部麦克纳姆轮的间距、控制下部提升机构提升下部爬行机构,直至下部爬行机构与障碍处不干涉;

随着三段式结构的管外爬行器的爬行,下部爬行机构逐渐越过障碍处;在下部爬行机构越过障碍处后,控制下部提升机构降低下部爬行机构、控制下部变径组件缩小两组下部麦克纳姆轮的间距,直至下部爬行机构复位;

(2)若上部爬行机构与障碍处的距离小于下部爬行机构与障碍处的距离,则控制下部变径组件增大两组下部麦克纳姆轮的间距、控制下部提升机构提升下部爬行机构,直至下部爬行机构与障碍处不干涉;

随着三段式结构的管外爬行器的爬行,下部爬行机构逐渐越过障碍处;在下部爬行机构越过障碍处后,控制下部提升机构降低下部爬行机构、控制下部变径组件缩小两组下部麦克纳姆轮的间距,直至下部爬行机构复位;

之后,中部夹紧机构靠近障碍处,控制中部变径组件增大两组夹紧轮的间距、控制上部提升机构和下部提升机构同步提升中部夹紧机构,直至中部夹紧机构与障碍处不干涉;

随着三段式结构的管外爬行器的爬行,中部夹紧机构逐渐越过障碍处;

在中部夹紧机构越过障碍处后,控制上部提升机构和下部提升机构同步降低中部夹紧机构、控制中部变径组件缩小两组夹紧轮的间距,直至中部夹紧机构复位;

之后,上部爬行机构靠近障碍处,控制上部变径组件增大两组上部麦克纳姆轮的间距、控制上部提升机构提升上部爬行机构,直至上部爬行机构与障碍处不干涉;

随着三段式结构的管外爬行器的爬行,上部爬行机构逐渐越过障碍处;在上部爬行机构越过障碍处后,控制上部提升机构降低上部爬行机构、控制上部变径组件缩小两组上部麦克纳姆轮的间距,直至下部爬行机构复位。

10.一种可读存储介质,其特征在于,所述可读存储介质中存储有计算机程序指令,计算机程序指令被一处理器读取并运行时,执行如权利要求7所述的三段式结构的管外爬行器的爬行方法的步骤、或如权利要求8所述的三段式结构的管外爬行器的避障方法的步骤、或如权利要求9所述的三段式结构的管外爬行器的越障方法的步骤。