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申请/专利权人：安徽建筑大学

摘要：本发明涉及管道机器人设备技术领域，具体涉及三段式结构的管外爬行器及其爬行、避障、越障方法。本发明公开了一种三段式结构的管外爬行器，包括：上部爬行机构、下部爬行机构、中部夹紧机构、上部提升机构、下部提升机构。本发明设计一种三段式结构的管外爬行器，利用变径组件实现了上部爬行机构、下部爬行机构、中部夹紧机构的间距调整，能够适应不同直径的管道；本发明基于麦克纳姆轮作为驱动，运行效率高；本发明一方面可以通过调整上、下部爬行机构的麦克纳姆轮转动，实现整体的周向旋转，来进行避障；另一方面也可以通过变径调整及上、下部提升组件的配合，来进行越障，大大提高了本发明的实用性、适用性。

主权项：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；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；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；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；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；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；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；通过控制两组上部麦克纳姆轮、两组下部麦克纳姆轮的转速、转向，使三段式结构的管外爬行器或沿管道爬行、或沿管道周向旋转、或边管道爬行边沿管道周向旋转；所述三段式结构的管外爬行器在管道上进行避障时，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；其中，若两组上部麦克纳姆轮、两组下部麦克纳姆轮的转速相同，则三段式结构的管外爬行器不爬行、只沿着管道周向旋转；其中，若两组上部麦克纳姆轮、两组下部麦克纳姆轮的转速不相同，则三段式结构的管外爬行器一边沿管道爬行、一边沿着管道周向旋转；采用卡尔曼滤波算法、基于管外爬行器到障碍处之间的距离S，来对本管外爬行器的爬行速度V进行优化。

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