CN101890708B - 轮式移动管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮式移动管道机器人，包括：爬行器，包括密闭的箱体(17)、主动齿轮系、轮组(10，19，16)；可根据不同管道内径的需要固定安装在爬行器上的升降云台(2)；两自由度探测头(1)，其可根据需要直接插拔于升降云台或爬行器上，从而实现对管道的全方位检测，提高工作效率。轮组包括小轮组与大轮组。小轮组(10，19)的单侧小轮之一为主动轮。大轮组包括侧桥板、快连接结构、大轮(16)。箱体内设置有与主动齿轮系连接的电机。本发明通过快速简捷无螺钉装卸匹配的大轮组与升降云台，来调节爬行器检测的径向尺寸，能够工作于不同内径的管道，在使用大轮组时不必卸掉小轮组，这样能够提高爬行器的越障能力。本发明采用模块化设计，升降云台与大轮组可根据需要，实现快速安装。

Description

轮式移动管道机器人

技术领域

本发明涉及一种轮式移动管道机器人。

背景技术

由于城市排水管道大多埋于地下，一旦现局部损坏、堵塞等故障，通常采用人工作业的方式排除。传统的排水管道维护方式是依靠维修人员进入管道，用目测的方式检查排水管道的破损。但是在很多情况下，人工检测方式存在很多缺点，比如对于直径较小的管道人无法进入，也就无法发现其中的破损；管道内环境恶劣，经常充斥着大量对人体有害的气体，给进入管道的维修人员带来很大的安全威胁；人工检测速度慢、效率低、需要投入大量的人力等等。随着排水管道维护工作的不断加强，无论从检测的自动化和标准化考虑，还是从减轻工人劳动强度、节省时间、扩大作业范围考虑，研究一种可以自动检测排水管道故障的机器人系统都具有重要的意义。因此，研制一种用于城市排水管道疏通、检测、维修的管道机器人十分必要。

因此，需开发一种管道机器人以实现管道疏通、检测、维修的自动化要求，通过管道机器人进入管道，采集、处理及分析数据，进而检测出故障。

发明内容

本发明公开了一种轮式移动管道机器人，包括有爬行器、升降云台、两自由度探测头。所述升降云台根据不同管道内径的需要固定安装在爬行器上，所述两自由度探测头可以根据需要直接插拔于升降云台或爬行器上。所述爬行器包括密闭的箱体、主动齿轮系、轮组。所述轮组包括六小轮组成的小轮组与四大轮组成的大轮组。所述小轮组依靠六小轮实现轮式移动，单侧为三小轮，其中一小轮连接主动轮。所述大轮组是由侧桥板、快连接结构、大轮组成。所述箱体内设置有两电机。所述电机与主动齿轮系一轴连接。本发明通过快速简捷无螺钉装卸匹配的大轮组与升降云台调节爬行器检测的径向尺寸，使其能够适应工作于不同内径的管道，在使用大轮组的时候不必卸掉小轮组，这样能够提高爬行器的越障能力。该装置全部采用模块化设计，升降云台与大轮组可根据实际需要，实现快速安装。该装置两自由度探测头简便插拔于爬行器上或升降云台上，提高工作效率。该装置可以通过两自由度探测头驱动摄像头实现对管道的全方位检测。

根据本发明的一个方面，提供了一种轮式移动管道机器人，其特征在于包括：

爬行器，其包括箱体、设置在所述箱体内的电机、传动齿轮系；

轮组，其安装在所述箱体上并承载所述爬行器；以及

固定安装在所述爬行器上的升降云台。

附图说明

图1为本发明爬行器的一个实施例的结构示意图；

图2为图1的剖面俯视图；

图3为两自由度探测头的一个实施例剖面结构示意图；

图4为升降云台的一个实施例的结构示意图。

图5为图4的剖面俯视图；

图中各附图标记对应的部件名称如下：

具体实施方式

参见图1和图2，根据本发明的一个实施例的爬行器机器人采用模块化设计，左右两侧六个小轮10、19独立驱动，两小轮组连接于爬行器箱体17上。根据一个具体实施例的爬行器箱体17的材料采用铜，同时采用全密闭设计，这样的机器人能够适应地下管道复杂恶劣的工作环境，能够起到防爆防水防腐蚀的作用，延长机器人的使用寿命。电机4置于爬行器箱体17内槽中，电机的运动经过主动锥齿轮5和从动锥齿轮6将动力通过主轴7传到齿轮8上，齿轮8又将动力传到齿轮9上，齿轮9传递到小轮10上从而产生牵引力，单侧三小轮10同时有动力，这样不但能够增强机器人运动的平稳性、可靠性和越障能力，而且便于控制机器人的转向。

当机器人工作在大直径管道中，需安装大轮16时，只需将卡手20卡于爬行器箱体17的箱体侧板18上，拧紧卡手20上的锁紧螺钉即可牢靠固定大轮16于箱体侧板18上。卡手20的可以根据需要伸缩以适合不同管径的大直径管道工况。在侧桥板21的侧桥板箱体15内传动轴11内嵌于小轮10的凹槽结构内以传动动力。

根据一个具体实施例，传动轴11的另一端装有链轮12，经过链条13传递动力至不与传动轴11直接耦合的大轮16。可以设置中间链轮14可以调节链条13的张紧程度。

根据一个具体实施例，小轮19的外侧边为圆弧面，这可增大其与管道壁的接触面，同时也增大其摩擦力。根据一个实施例，在小轮19的外侧面上采用带凸凹纹路的橡胶面，这样能够最大地提供装置前进的推进力。

根据本发明，在使用大轮组的时候不必卸掉小轮组，他们可以同时工作这样可以越过夹在大轮组中间的障碍物，能够提高爬行器的越障能力。

为了使机器人装置在行进的过程中可以对管道实施全方位的内窥检查，根据本发明的一个实施例包括了一个两自由度探测头1(图1所示)。如图3所示，两自由度探测头包括一电机31与一舵机35；该电机和舵机独立驱动，可以带动摄像头41实现360度旋转和270度俯仰的动作。接线插头30固定于端盖29上，为减轻整个装置的重量与加工难度，在端盖29与底座24之间设计一薄壁套筒26连接形成一密闭内腔，27为密封圈可以保证整体的良好密封效果。薄壁套筒内部有四个连接杆25两头由螺栓28固定端盖29与底座24。底座24上固定有电机31，动力依靠齿轮33与齿轮32的啮合传递到旋转座34，进而带动CCD摄像机实现360度旋转要求。在底座24与旋转座34之间轴承内瓦23，轴承内瓦23与底座24之间形成滚道，滚子钢珠22在其间自由滑动。在骨架40上固定有舵机35，舵机输出轴上装有同步带轮36，其依靠同步带37传递动力至带轮39，从而可以实现CCD摄像头及防水箱体38在水平方向的-135°～135°之间的俯仰变化。整个探测头的设计精简，结构紧凑，可以顺利通过两自由度的结合，实现了机器人在管道内壁各个方向上的图像采集与检测。

根据本发明的一个实施例的机器人装置包括一个升降云台1(图1)，图5所示为该升降云台的电机箱的剖视图，如图4所示，其中在底座42内安装有电机49，电机的输出轴端部装有齿轮50，齿轮50与齿轮51啮合将动力传递于轴52上，在轴52的两轴端装有两短臂43，短臂43与长臂45通过铰链44连接，共同组成曲柄摇杆机构。为实现受力均匀，采用左右各两个连杆47组成的平行四边形机构，长臂45的一端装有锁紧螺钉46，实现曲柄摇杆机构与平行四边形机构的链接。当手动调节升降高度时通过旋转锁紧螺钉46还能固定该机构。在平行四边形机构的上端固定有探测头座48，在运动过程中始终保持探测头座48处在水平位置。当机器人工作于大直径管道需安装升降云台时即可将探测头配合安装于探测头座7上，简单快捷的满足于使用要求。

本发明的优点和有益效果包括：

-本轮式移动管道机器人由爬行器、升降云台、两自由度探测头三部分组成，全部采用模块化设计，连接方便，使用可靠，能够通过两自由度探测头驱动摄像头实现对管道的全方位检测。

-爬行器轮组可以根据不同管道内径换用大小轮组，大轮组采用快速连接机构直接连接于小轮之上，实现短时间内的替换，大轮组工作时不影响小轮组同时工作，提高爬行器的越障能力。

-两自由度探测头实现360度旋转和270度俯仰的动作，保证摄像头最大范围对管道进行全方位的检测。

-升降云台可以根据需要安装于爬行器上，升降云台可以保证探测头处在各个内径管道的中心位置，以达到最佳的观察效果。探测头座可使两自由度探测头便利插拔配合并能保持其牢固可靠。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种轮式移动管道机器人，包括：

爬行器，其包括箱体(17)、设置在所述箱体内的电机(4)、传动齿轮系；

包括小轮组和大轮组的轮组(10，19，16)，其安装在所述箱体(17)上并承载所述爬行器；

固定安装在所述爬行器上的升降云台(2)；

包括多个小轮(10，19)的所述小轮组，其中的至少一个小轮通过所述传动齿轮系与所述电机(4)耦合；

其中

所述箱体(17)包括箱体侧板(18)，用于通过卡手(20)安装包括多个大轮(16)的所述大轮组，

其特征在于

所述大轮组(16)包括一个侧桥板(21)，

所述侧桥板(21)具有一个侧桥板箱体(15)，

所述侧桥板箱体(15)内安装有一传动轴(11)，

所述传动轴(11)的一端内嵌于通过所述传动齿轮系与所述电机(4)耦合的一个所述小轮(10)的凹槽结构内，以把动力传递至所述大轮组中的至少一个大轮。

2.根据权利要求1的轮式移动管道机器人，其特征在于进一步包括：

以直接插拔方式安装在所述升降云台上的两自由度探测头(1)。

3.根据权利要求1的轮式移动管道机器人，其特征在于进一步包括：

以直接插拔方式安装在所述爬行器上的两自由度探测头(1)。

4.根据权利要求1的轮式移动管道机器人，其特征在于

所述大轮组通过拧紧所述卡手(20)上的锁紧螺钉而被固定于所述箱体侧板(18)上，且所述卡手(20)可以根据需要伸缩以适合不同管径的大直径管道工况。

5.根据权利要求1的轮式移动管道机器人，其特征在于

所述传动轴(11)的另一端装有链轮(12)，用于经过链条(13)传递动力至不与所述传动轴(11)直接耦合的所述大轮(16)。 

6.根据权利要求5的轮式移动管道机器人，其特征在于

设置中间链轮(14)以调节链条(13)的张紧程度；

所述小轮(10，19)的外侧边为圆弧面，从而增大其与管道壁的接触面和/或摩擦力。

7.根据权利要求2或3所述的轮式管道机器人，其特征在于：所述两自由度探测头由电机(31)，旋转座(34)，底座(30)，端盖(29)，连接柱(25)，薄壁套筒(26)，舵机(35)，带轮(36)，同步带(37)，骨架(40)，防水箱体(38)组成，所述电机(31)固定安装在底座(30)上，与旋转座(34)固定连接的齿轮啮合连接；

所述旋转座(34)与底座(30)靠滚道与滚子连接；

所述舵机(35)固定在骨架(40)上，舵机轴端安装链轮；

所述防水箱体(38)轴端安装有带轮(39)，通过同步带(37)连接舵机上的带轮(36)；

所述小轮(10，19)的外侧面上采用带凸凹纹路的橡胶面，从而为所述轮式管道机器人提供尽可能大的前进推进力。

8.根据权利要求1所述的轮式管道机器人，其特征在于：

所述升降云台包括云台箱(42)、电机(49)、锥齿轮(50)、曲柄摇杆机构、平行四边形机构、探测头座(48)，

所述曲柄摇杆机构与平行四边形机构有锁紧销钉(46)连接，

所述平行四边形机构在运动过程中始终保持探测头座(48)处在水平位置；

所述探测头座(48)用于使两自由度探测头便利插拔配合并保持其牢固可靠。 

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