CN105605370A - 一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人 - Google Patents

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李冉
韩玖胜
董成烨
王皓
王锐
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Abstract

本发明公开了一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，涉及自动控制领域。机器人包括：机械人本体和远程控制终端；其中机器人本体包括：信息传输装置、可视化装置、处理装置、运动装置和作业装置；信息传输装置用于连接远程控制终端和机器人本体的数据传输可视化装置用于侦测环境情况，采集图像数据；处理装置用于控制机器人的运行；运动装置用于根据处理装置的控制命令控制机器人的运动方向和运动速度；作业装置用于根据处理装置的控制命令控制机器人进行管道疏通作业；远程控制终端，用于发送控制命令至信息传输装置，以及接收并显示信息传输装置传递过来的图像数据。该机器人结构简单、操作方便、安全可靠、效率高，具有很强的应用前景。

Description

一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人
技术领域
本发明涉及自动控制领域，特别涉及一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人。
背景技术
在一般工业界、核设施、石油天然气、军事装备领域、医学领域、城市排污中，管道作为一种重要的输送工具，对整个系统的运行起着关键作用。而现实中因为各种原因，管道经常出现堵塞的情况，由此造成不少的经济损失。因此，管道的清理维护就显得极其重要，也就此催生出了多种多样的管道清理手段。传统方式应对管道堵塞，多数是靠人力疏通，但因为部分管道的清理对人有极大的危险性，人力工作需要一定的空间，清理管道的内部需要将覆盖在管道上的物体挪开，费时费力。
因此，研发一种专门用于管道清理的机器人就显得格外重要和有意义。使用管道机器人进行管道清理只需将管道机器人从入口放入，然后遥控机器人到需要清理维护的地方进行作业。机器人有灵活的机构，能够快速的完成任务，大大降低了清理维护的成本。
在国内外，管道机器人的研制已经取得了长足的进步。国外的一些发达国家，管道机器人已经生产并投入使用，研制成本高昂，操作难度大，人员需要经过相关培训才能进行作业；在国内，由于起步较晚，目前还没有将管道机器人应用于实际的生活生产当中，由于进口国外的设备昂贵，也无法将用来解决实际的问题。
国内的相关管道疏通机器人专利，大都只有机器人本体，并没有远程控制装置，也没有可视化装置，且体型庞大，无法胜任小管道的疏通工作，如公开号为CN201510539376.4的专利和公开号为CN201320515141.8的专利。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种结构简单、操作方便、安全可靠、高效率、低成本的管道疏通清理机器人，有较强的可靠性和适应性，能够大大提高工作效率，降低人员的工作负荷和危险性。
本发明采用的技术方案如下：
一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，所述机器人包括：机械人本体和远程控制终端；
所述机器人本体包括：信息传输装置、可视化装置、处理装置、运动装置和作业装置；所述信息传输装置用于接收来自远程控制终端的控制命令，将控制命令传递给处理装置，以及将处理装置传递过来的图像数据发送给远程控制终端；所述可视化装置用于侦测环境情况，将采集到的图像数据传递给处理装置；所述处理装置用于根据信息传输装置传递过来的控制命令控制机器人的运行，以及将可视化装置传递过来的图像数据发送给信息传输装置；所述运动装置用于根据处理装置的控制命令控制机器人的运动方向和运动速度；所述作业装置用于根据处理装置的控制命令控制机器人进行管道疏通作业；
所述远程控制终端，用于发送控制命令至信息传输装置，以及接收并显示信息传输装置传递过来的图像数据。
所述运动装置包括：机架，机架主轴上面装有弹簧和支撑杆，支撑杆与轴通过轴承相连，轴与驱动轮相连，驱动轮与齿轮啮合，驱动轮上套有履带，同一侧的两条轴之间连接着电机架，电机架上装有步进电机；
所述信息传输装置安装在机架内部的密封机箱，内置有串口WIFI模块、电子元件和电源；
所述作业装置由在机架前端安装的作业电机和机械手组成。
机架为笼式正六棱柱，六条棱上的主轴能够承受住外部的压力，每一条主轴上两端各开有两道槽；机架内部装有六棱柱的密封箱，箱内有充分的空间安装单片机、串口WIFI模块、电子元件和电源。
机架的主轴上两端各安装了一个弹簧，弹簧中部由固定销与主杆固定；撑杆与弹簧相连接，并用滑动销与主杆相连，组成一个减震器。
轴与减震器转动相连，电机架两端通过固定销与轴固连，电机安装在电机架上的槽内。
电机转轴通过花键与齿轮相连，齿轮与驱动轮啮合，带动驱动轮转动，驱动轮通过转动轴承与轴相连，履带套在两个驱动轮之间，履带通过内表面的突起与驱动轮的凹槽固定，保证履带不延轴向运动，驱动轮带动履带转动。
以机架为中心，安装有三条履带，三条履带在垂直机器人躯干的平面内成120度夹角分布。
所述可视化装置由夜视摄像头和数据传输装置组成，夜视摄像头采集周围环境的图像数据，数据传输装置将采集到的图像数据传递给处理装置。
所述处理装置由单片机、步进电机控制模块、作业电机控制模块组成；
所述单片机用于接收来自可视化装置传递过来的图像数据，将图像数据发送给信息传输装置；接收来自信息传输装置传递过来的控制命令，通过步进电机控制模块控制步进电机的转动方向和转动速度，进而控制机器人的运动方向和运动速度；以及接收来自信息传输装置传递过来的控制命令，通过作业电机控制模块控制作业电机的运行，进而控制机械手的伸长和缩短，达到疏通管道的目的。
采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：
1、成本低：三向履带式管道疏通机器人机械本体简单紧凑，可视化控制部分方便快捷，操作简单，能够在多种环境下作业，可根据任务的不同，将前端的作业装置更换，可以进行高效率的作业，降低了工作成本。
2、结构紧凑，运行灵活：机械本体可以做到200mm以下，这样能够进入小直径管道内进行作业。机器人三条履带在垂直机器人躯干的平面内成120度夹角分布，通过控制各个步进电机的差速能够实现在管道内部的灵活转向。
3、安全可靠：设计人员考虑到管壁内实际的情况，采用防滑的履带与管壁进行贴合，并设计了一个减震机构，增强履带对管壁的压力，增大履带与管壁的摩擦力，还能够减轻由于内管壁不平坦导致的震动，增强机体的安全可靠性。
机架内部的密闭机箱能够保证机器人在潮湿的环境下工作，内部的电子元件等不受干扰，使机体与计算机或者手机之间信息指令等及时快速的传递提高机器人作业的可靠性。
此外，串口WIFI具有两种工作模式，其工作于AP模式时，自身可以辐射出一个无线WIFI网络，可以实现在没有无线网络信号覆盖的区域对机器人的远程数据传输，增加机器人的工作范围和可靠性。避免了由于路由器出现故障、停电等原因造成机器人无法通过WIFI实现数据传输从而失控的情况发生。
附图说明
图1是本发明实施例中一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人的流程图。
图2是本发明实施例中一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人的正视图。
图3是本发明实施例中一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人的结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明实施例1中提供了一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，流程图如图1所示，具体步骤如下：
步骤1：启动整个机器人系统，测试远程控制终端和机器人的通信是否正常，如果正常，则将管道疏通机器人放入管道内，启动机器人。
步骤2：操作人员根据机器人上的可视化装置经信息传输装置传递过来的图像可以查看此时管道内的情况，并发出相应的操作指令，指示机器人向前运动。
步骤3：操作指令经信息传输装置传递至处理装置，处理装置根据向前运动的操作指令发送信号至步进电机控制模块，控制步进电机的转动速度和转动方向，进而控制机器人向前运动。
步骤4：运行一段距离后，操作人员根据机器人上的可视化装置经信息传输装置传递过来的图像发现机器人经过管道拐角出，需要转弯。操作人员在远程控制终端上发出转弯的指令，该指令经信息传输装置传递至处理装置，处理装置根据转弯的操作指令发送信号至步进电机控制模块，控制步进电机的转动速度和转动方向，带动履带运动，进而控制机器人转弯。
步骤5：再次运行一段距离后，工作人员根据机器人上的可视化装置经信息传输装置传递过来的图像发现机器人已经抵达管道堵塞处。此时需要对管道进行疏通操作，操作人员在远程控制终端上发出疏通作业的指令，该指令经信息传输装置传递至处理装置，处理装置根据转弯的操作指令发送信号至作业电机控制模块，控制作业电机工作，进而控制机械手对堵塞管道进行疏通。
本发明实施例2中提供了一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，具体结构图如图3所示：
机器人的运动装置包括：机架8，机架主轴上面装有弹簧9和支撑杆7，支撑杆与轴12通过轴承13相连，轴与驱动轮4相连，驱动轮与齿轮11啮合，驱动轮上套有履带3，同一侧的两条轴之间连接着电机架5，电机架上装有步进电机6；
机器人的信息传输装置安装在机架内部的密封机箱10，内置有串口WIFI模块、电子元件和电源；
机器人的作业装置由在机架前端安装的作业电机和机械手1组成。
机器人的机架8为笼式正六棱柱，六条棱上的主轴能够承受住外部的压力，每一条主轴上两端各开有两道槽；机架内部装有六棱柱的密封箱，箱内有充分的空间安装单片机、串口WIFI模块、电子元件和电源。
机器人的机架8的主轴上两端各安装了一个弹簧9，弹簧中部由固定销与主杆固定；撑杆7与弹簧相连接，并用滑动销与主杆相连，组成一个减震器。
机器人的轴12与减震器转动相连，电机架5两端通过固定销与轴固连，电机6安装在电机架上的槽内。
机器人的电机6转轴通过花键与齿轮11相连，齿轮与驱动轮4啮合，带动驱动轮转动，驱动轮通过转动轴承13与轴相连，履带3套在两个驱动轮之间，履带通过内表面的突起与驱动轮的凹槽固定，保证履带不延轴向运动，驱动轮带动履带转动。
以机架8为中心，安装有三条履带，三条履带在垂直机器人躯干的平面内成120度夹角分布。
机器人的可视化装置由夜视摄像头和数据传输装置组成，夜视摄像头采集周围环境的图像数据，数据传输装置将采集到的图像数据传递给处理装置。
机器人的处理装置由单片机、步进电机控制模块、作业电机控制模块组成；
本发明实施例3中提供了一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，具体步骤如下：
步骤1：启动整个机器人系统，测试远程控制终端和机器人的通信是否正常，如果正常，则将管道疏通机器人放入管道内，启动机器人。
步骤2：操作人员根据机器人上的可视化装置经信息传输装置传递过来的图像可以查看此时管道内的情况，并发出相应的操作指令，指示机器人向前运动。
步骤3：操作指令经信息传输装置传递至处理装置，处理装置根据向前运动的操作指令发送信号至步进电机控制模块，控制步进电机的转动速度和转动方向，进而控制机器人向前运动。
步骤4：运行一段距离后，操作人员根据机器人上的可视化装置经信息传输装置传递过来的图像发现机器人经过管道拐角出，需要转弯。操作人员在远程控制终端上发出转弯的指令，该指令经信息传输装置传递至处理装置，处理装置根据转弯的操作指令发送信号至步进电机控制模块，控制步进电机的转动速度和转动方向，带动履带运动，进而控制机器人转弯。
步骤5：再次运行一段距离后，工作人员根据机器人上的可视化装置经信息传输装置传递过来的图像发现机器人已经抵达管道堵塞处。此时需要对管道进行疏通操作，操作人员在远程控制终端上发出疏通作业的指令，该指令经信息传输装置传递至处理装置，处理装置根据转弯的操作指令发送信号至作业电机控制模块，控制作业电机工作，进而控制机械手对堵塞管道进行疏通。
机器人的运动装置包括：机架8，机架主轴上面装有弹簧9和支撑杆7，支撑杆与轴12通过轴承13相连，轴与驱动轮4相连，驱动轮与齿轮11啮合，驱动轮上套有履带3，同一侧的两条轴之间连接着电机架5，电机架上装有步进电机6；
机器人的信息传输装置安装在机架内部的密封机箱10，内置有串口WIFI模块、电子元件和电源；
机器人的作业装置由在机架前端安装的作业电机和机械手1组成。
机器人的机架8为笼式正六棱柱，六条棱上的主轴能够承受住外部的压力，每一条主轴上两端各开有两道槽；机架内部装有六棱柱的密封箱，箱内有充分的空间安装单片机、串口WIFI模块、电子元件和电源。
机器人的机架8的主轴上两端各安装了一个弹簧9，弹簧中部由固定销与主杆固定；撑杆7与弹簧相连接，并用滑动销与主杆相连，组成一个减震器。
机器人的轴12与减震器转动相连，电机架5两端通过固定销与轴固连，电机6安装在电机架上的槽内。
机器人的电机6转轴通过花键与齿轮11相连，齿轮与驱动轮4啮合，带动驱动轮转动，驱动轮通过转动轴承13与轴相连，履带3套在两个驱动轮之间，履带通过内表面的突起与驱动轮的凹槽固定，保证履带不延轴向运动，驱动轮带动履带转动。
以机架8为中心，安装有三条履带，三条履带在垂直机器人躯干的平面内成120度夹角分布。
机器人的可视化装置由夜视摄像头和数据传输装置组成，夜视摄像头采集周围环境的图像数据，数据传输装置将采集到的图像数据传递给处理装置。
机器人的处理装置由单片机、步进电机控制模块、作业电机控制模块组成；
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，所述机器人包括：机械人本体和远程控制终端；
所述机器人本体包括：信息传输装置、可视化装置、处理装置、运动装置和作业装置；所述信息传输装置用于接收来自远程控制终端的控制命令，将控制命令传递给处理装置，以及将处理装置传递过来的图像数据发送给远程控制终端；所述可视化装置用于侦测环境情况，将采集到的图像数据传递给处理装置；所述处理装置用于根据信息传输装置传递过来的控制命令控制机器人的运行，以及将可视化装置传递过来的图像数据发送给信息传输装置；所述运动装置用于根据处理装置的控制命令控制机器人的运动方向和运动速度；所述作业装置用于根据处理装置的控制命令控制机器人进行管道疏通作业；
所述远程控制终端，用于发送控制命令至信息传输装置，以及接收并显示信息传输装置传递过来的图像数据。
2.如权利要求1所述的可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，所述运动装置包括：机架（8），机架主轴上面装有弹簧（9）和支撑杆（7），支撑杆与轴（12）通过轴承（13）相连，轴与驱动轮（4）相连，驱动轮与齿轮（11）啮合，驱动轮上套有履带（3），同一侧的两条轴之间连接着电机架（5），电机架上装有步进电机（6）；
所述信息传输装置安装在机架内部的密封机箱（10），内置有串口WIFI模块、电子元件和电源；
所述作业装置由在机架前端安装的作业电机和机械手（1）组成。
3.如权利要求2所述的可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，机架（8）为笼式正六棱柱，六条棱上的主轴能够承受住外部的压力，每一条主轴上两端各开有两道槽；机架内部装有六棱柱的密封箱，箱内有充分的空间安装单片机、串口WIFI模块、电子元件和电源；
机架（8）的主轴上两端各安装了一个弹簧（9），弹簧中部由固定销与主杆固定；撑杆（7）与弹簧相连接，并用滑动销与主杆相连，组成一个减震器。
4.如权利要求2至3之一所述的可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，轴（12）与减震器转动相连，电机架（5）两端通过固定销与轴固连，电机（6）安装在电机架上的槽内。
5.如权利要求2、4所述的可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，电机（6）转轴通过花键与齿轮（11）相连，齿轮与驱动轮（4）啮合，带动驱动轮转动，驱动轮通过转动轴承（13）与轴相连，履带（3）套在两个驱动轮之间，履带通过内表面的突起与驱动轮的凹槽固定，保证履带不延轴向运动，驱动轮带动履带转动。
6.如权利要求2至5之一所述的可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，以机架（8）为中心，安装有三条履带，三条履带在垂直机器人躯干的平面内成120度夹角分布。
7.如权利要求1所述的可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，所述可视化装置由夜视摄像头和数据传输装置组成，夜视摄像头采集周围环境的图像数据，数据传输装置将采集到的图像数据传递给处理装置。
8.如权利要求1所述的可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，所述处理装置由单片机、步进电机控制模块、作业电机控制模块组成。
9.如权利要求8所述的可无线遥控的三向履带式管道疏通机器人，其特征在于，所述单片机用于接收来自可视化装置传递过来的图像数据，将图像数据发送给信息传输装置；接收来自信息传输装置传递过来的控制命令，通过步进电机控制模块控制步进电机的转动方向和转动速度，进而控制机器人的运动方向和运动速度；以及接收来自信息传输装置传递过来的控制命令，通过作业电机控制模块控制作业电机的运行，进而控制机械手的伸长和缩短，达到疏通管道的目的。
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