CN106224690A - 一种管道探测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管道探测机器人，其中，包括机器人头部、通过第一弹性连接体与所述机器人头部连接的机器人中部以及通过第二弹性连接体与所述机器人中部连接的机器人尾部，所述机器人头部、机器人中部以及机器人尾部左右两侧均设置有一用于行进的仿生腿，所述机器人头部设置有用于摄像的摄像头以及用于探测障碍的多个超声波传感器，所述机器人中部设置有用于控制机器人行进步态以及接收探测信号的电路控制板，所述机器人尾部设置有用于收放电缆线的卷线器。本发明提供的管道探测机器人的主体具备一定的伸缩性和柔顺性,同时具有灵活多变的步态规划能力,能适应不同管道环境过弯、爬行、避障和探测的应用需要，并且由于探测信号传输稳定可靠，因此所述机器人对管道故障的探测效率较高。

Description

一种管道探测机器人

技术领域

本发明涉及机器人设计制造技术领域，尤其涉及一种管道探测机器人。

背景技术

各种各样的管道在工业生产和日常生活中无处不在，流体性质的物料如水、气、油、粉料以及其它化工原料都是通过管道进行输送的。管道故障如堵塞、腐蚀、裂缝等会降低物料传输的效率，造成安全隐患甚至引发重大安全事故。传统依靠人工和专用检测仪器进行管道探测的方法，已越来越不能满足实际需要。随着机器人相关技术的快速发展，可自动进行管道探测的机器人被不断研发出来。

目前国外主流的管道探测机器人基本采用轮式或履带式的行进方式，采用这种方式的管道探测机器人在大管径、干燥等理想管道中行进速度较快，但其适用面仍比较狭窄，比如在小管径管道中过弯时，难以顺利通过；在管壁湿滑、泥泞、坡度较大的情况下，则存在打滑、行进受阻的问题；在遇到障碍物时，避障能力不足。此外，现有多数管道探测机器人采用的是自主供电和无线通信方式，这造成了机器人总体尺寸偏大，信号传输效果差等诸多问题，从而严重影响机器人的探测效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种管道探测机器人，旨在解决现有的管道机器人弯道通行能力不足，自主避障和爬行功能较弱以及采用无线通信技术导致信号传输效果差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种管道探测机器人，其中，包括机器人头部、通过第一弹性连接体与所述机器人头部连接的机器人中部以及通过第二弹性连接体与所述机器人中部连接的机器人尾部，所述机器人头部、机器人中部以及机器人尾部左右两侧均设置有一用于行进的仿生腿，所述机器人头部设置有用于摄像的摄像头以及用于探测障碍的多个超声波传感器，所述机器人中部设置有用于控制机器人行进步态以及接收探测信号的电路控制板，所述机器人尾部设置有用于收放电缆线的卷线器。

较佳地，所述的管道探测机器人，其中，所述机器人头部包括一弧形盖板以及通过螺钉与所述弧形盖板固定连接的前端盖，所述摄像头设置在所述前端盖的中间位置，所述多个超声波传感器均匀地分布在所述前端盖上。

较佳地，所述的管道探测机器人，其中，所述第一弹性连接体和第二弹性连接体均为伸缩性中空结构，所述第一弹性连接体和第二弹性连接体两端均设置有外螺纹，所述机器人头部、机器人中部以及机器人尾部均设置有相应地内螺纹，通过所述外螺纹与内螺纹的配合，使所述机器人头部、第一弹性连接体、机器人中部、第二弹性连接体以及机器人尾部依次连接在一起。

较佳地，所述的管道探测机器人，其中，所述仿生腿包括一曲柄摇杆机构主体、足尖以及用于驱动所述仿生腿行进的第一电机和第二电机，所述曲柄摇杆机构包括基架、设置在所述基架上的曲柄、与所述曲柄铰接的第一连杆、一端与所述第一连杆中间部位铰接的第二连杆，所述第二连杆另一端与所述基架一端铰接，所述足尖位于所述第一连杆的下面，所述第一电机通过一锥齿轮带动所述曲柄转动，所述曲柄转动带动所述第一连杆和第二连杆摆动，从而使仿生腿前后摆动。

较佳地，所述的管道探测机器人，其中，所述第二电机带动一同步带轮转动，所述同步带轮与所述基架焊接在一起，通过所述同步带轮转动带动所述基架上下运动。

较佳地，所述的管道探测机器人，其中，所述仿生腿还包括第三连杆和第四连杆，所述第三连杆和第四连杆的一端同时与所述足尖一端铰接，所述第三连杆和第四连杆的另一端同时与第一连杆的一端连接，所述足尖另一端通过弹簧与所述第一连杆连接。

较佳地，所述的管道探测机器人，其中，所述卷线器包括一支架、套接在所述支架上的卷轮、设置在所述支架上的内部导管以及设置在所述支架上的两个相邻的滑轮。

较佳地，所述的管道探测机器人，其中，所述卷线器的线缆从内部导管的一端引入到另一端，并从相邻滑轮之间经过，引出至一外部导管中。

有益效果：本发明提供的管道探测机器人结构简单、体型较小，能适应不同管径大小的管道故障探测；并且本发明通过设置多个仿生腿使机器人具有较强的过弯能力和爬行能力，能在小管径弯道以及管壁湿滑、坡度较大的情况下正常行进；进一步，本发明在机器人中部设置有电路控制板，可控制机器人采用不同的行进步伐、行进姿态爬行前进以应对不同的管道环境，从而扩大机器人的应用范围；进一步，本发明提供的管道探测机器人尾部设置有用于收放电缆线的卷线器，通过采用有线通信的方式可有效提高机器人在管道内的信号传输效果，能显著提高机器人的故障探测效率。

附图说明

图1为本发明的一种管道探测机器人较佳实施例的结构图。

图2为本发明的图1中仿生腿的结构图。

图3为本发明仿生腿的部分截面图。

图4为本发明图2中足尖的截面形状示意图。

图5为本发明图1中卷线器的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种管道探测机器人，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一种管道探测机器人较佳实施例的结构示意图，一种管道探测机器人，其中，包括机器人头部10、通过第一弹性连接体20与所述机器人头部10连接的机器人中部30以及通过第二弹性连接体40与所述机器人中部30连接的机器人尾部50，所述机器人头部10、机器人中部30以及机器人尾部50左右两侧均设置有一用于行进的仿生腿60，所述机器人头部10设置有用于摄像的摄像头11以及用于探测障碍并反馈探测信号的多个超声波传感器12，所述机器人中部30设置有用于控制机器人行进步态以及接收探测信号的电路控制板，所述机器人尾部50设置有用于收放电缆线的卷线器51。

在本发明中，通过在机器人头部10、机器人中部30以及机器人尾部50左右两侧均设置一仿生腿60，可有效提高机器人的行进能力，使其在小管径弯道、管壁湿滑、泥泞、坡度较大的情况下都能正常行进；通过在机器人中部30处设置电路控制板，所述电路控制板用于控制机器人的姿态识别、步态规划、接收探测信息并对所述探测信息进行分析处理，使机器人具有更强的环境适应能力，扩大其应用范围；通过在机器人尾部50设置用于收放电缆线的卷线器51，通过采用有线通信的方式可有效提高机器人在管道内的信号传输效果，从而显著提高机器人的故障探测效率。

进一步，如图1所示，在本发明中，所述机器人头部10包括第一弧形盖板13以及通过螺钉14与所述第一弧形盖板13固定连接的第一前端盖15，所述摄像头11设置在所述第一前端盖15的中间位置，所述多个超声波传感器12均匀地分布在所述第一前端盖15上；较佳地，所述第一前端盖15圆周外围上均匀地设置有3个超声波传感器12，可以更加高效并准确地对管道故障进行探测并反馈给电路控制板。

具体地，在本发明中，所述机器人中部30包括第二弧形盖板、第二前端盖以及第一后端盖，所述第二前端盖板设置在所述第二弧形盖板一侧与所述第一弹性连接体20一端连接，所述第一后端盖设置在所述第二弧形盖板另一侧并与所述第二弹性连接体40一端连接。

进一步，在本发明中，所述机器人尾部50包括第三前端盖板以及与所述第三前端盖板连接的底座支架，所述第三前端盖板与所述第二弹性连接体40另一端连接，所述卷线器51设置在所述底座支架上。

进一步，如图1所示，所述第一弹性连接体20和第二弹性连接体40均为伸缩性中空结构，所述第一弹性连接体20和第二弹性连接体40两端均设置有外螺纹，所述机器人头部10、机器人中部30以及机器人尾部50均设置有相应地内螺纹，所述机器人头部10的通过所述外螺纹与内螺纹的配合，使所述机器人头部10、第一弹性连接体20、机器人中部30、第二弹性连接体40以及机器人尾部50依次连接在一起。

进一步，如图2所示，所述仿生腿60包括一曲柄摇杆机构主体、足尖61以及用于驱动所述仿生腿60行进的第一电机和第二电机，所述曲柄摇杆机构主体包括基架62、设置在所述基架62上的曲柄63、与所述曲柄63铰接的第一连杆64、一端与所述第一连杆64中间部位铰接的第二连杆65，所述第二连杆65另一端与所述基架62一端铰接，所述足尖61位于所述第一连杆64的下面，进一步，如图3所示，所述第一电机带动一主轴31转动，所述主轴31带动一锥齿轮32转动，通过所述锥齿轮32带动所述曲柄63转动，所述曲柄63转动带动所述第一连杆64和第二连杆65摆动，从而使仿生腿60前后摆动。

更进一步，所述第二电机驱动所述仿生腿60上下运动，即实现仿生腿60的抬腿、放腿动作，具体地，如图3所示，所述第二电机带动一同步带轮33转动，所述同步带轮33与所述基架62焊接在一起，通过所述同步带轮转动带动所述基架上下运动，从而实现仿生腿的上下抬、放腿动作。

较佳地，当第一电机和第二电机的协调运转时，可实现仿生腿60的连续动作，即抬腿、前摆、放腿以及后摆动作，通过上述动作使机器人能够在管道中快速行进。

进一步，如图1所示，所述仿生腿60还包括第三连杆66和第四连杆67，所述第三连杆66和第四连杆67的一端同时与所述足尖61一端铰接，所述第三连杆66和第四连杆67的另一端同时与第一连杆64的一端连接，所述足尖61另一端通过弹簧68与所述第一连杆连接；通过上述设置可增大足尖61对管道内壁的附着力，以适应不同管道环境的需要，也可保护足尖61结构不受损坏。

较佳地，如图1、图2及图4所示，所述足尖61为适应管道行走，其整体设置为圆弧状，所述足尖61底面设置为仿生钩爪结构，所述仿生钩爪结构包括第一弧形支架本体611、从所述第一弧形支架本体611一端衍生出的第二弧形支架本体612以及从所述第二弧形支架本体612上衍生出的第三弧形支架本体613，所述第一弧形支架本体611通过第一连接体和第二连接体与所述第二弧形支架本体612连接，所述第二弧形支架本体612通过第三连接体和第四连接体与所述第三弧形支架本体613连接，所述第二弧形支架本体612和所述第三弧形支架本体613均设置成弯钩形，从而使本发明管道探测机器人具有较强的爬行和抓地能力，使其在湿滑或者陡峭的管壁上也能正常工作。

进一步，在本发明中，结合图1和图5所示，所述机器人尾部50设置有用于收放电缆线的卷线器51，所述卷线器51包括一支架52、套接在所述支架上的卷轮53、设置在所述支架52上的内部导管54以及设置在所述支架52上的两个相邻的滑轮55，所述卷线器51的电缆线从内部导管54的一端引入到另一端，并从相邻滑轮55之间经过，引出至一外部导管56中。

较佳地，所述电缆线包括电源线和信号线，为了提高本发明机器人在管道内的信号传输效果，以及减少机器人的总体质量和尺寸，本发明采用了有线通信和供电的方式，通过在机器人尾部50设置卷线器51，当机器人前进时，所述卷线器51逐步释放电源线和信号线，当机器人后退时，卷线器51则逐步将电源线和信号线收起，这样本发明提供的机器人就不用在本体上安装电池从而减轻机器人自身重量，并且通过有线通信的方式可使机器人与外界通信的可靠性明显增强。

较佳地，本发明中，所述电源线和信号线均采用轻质超细电缆线，使机器人的探测距离和续航能力均可得到保证。

进一步，当采用本发明机器人进行管道探测时，首先启动设置在所述机器人头部10的摄像头11和超声波传感器12，当反馈的信号显示前方无障碍时，机器人按照仿昆虫正常步态前进，即每条仿生腿60交替完成抬腿、前摆、放腿和后摆动作，从而使机器人在管道内正常前进，在行进过程中，卷线器51不断释放电缆线，使机器人与外界始终保持通信联系。

当反馈的信号显示前方有障碍时，则通过设置在机器人中部的电路控制板控制机器人启用避障步态，使机器人跨过或绕开障碍物；当遇到弯道时，机器人可根据弯道半径自动选择过弯步态；更进一步，当机器人对可疑的管道故障处探测时，可切换人工操控方式，对故障区域进行多角度、多方位的探测，探测完毕后，机器人沿原路退出，卷线器51卷收电缆线。

综上所述，本发明提供的管道探测机器人结构简单、体型较小，具有较大的应用范围；并且本发明通过设置多个仿生腿使机器人具有较强的过弯能力和爬行能力，能在小管径弯道以及管壁湿滑、坡度较大的情况下正常行进；进一步，本发明提供的管道探测机器人尾部设置有用于收放电缆线的卷线器，通过采用有线通信的方式可有效提高机器人在管道内的信号传输效果，能显著提高机器人的故障探测效率。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种管道探测机器人，其特征在于，包括机器人头部、通过第一弹性连接体与所述机器人头部连接的机器人中部以及通过第二弹性连接体与所述机器人中部连接的机器人尾部，所述机器人头部、机器人中部以及机器人尾部左右两侧均设置有一用于行进的仿生腿，所述机器人头部设置有用于摄像的摄像头以及用于探测障碍的多个超声波传感器，所述机器人中部设置有用于控制机器人行进步态以及接收探测信号的电路控制板，所述机器人尾部设置有用于收放电缆线的卷线器。

2.根据权利要求1所述的管道探测机器人，其特征在于，所述机器人头部包括一弧形盖板以及通过螺钉与所述弧形盖板固定连接的前端盖，所述摄像头设置在所述前端盖的中间位置，所述多个超声波传感器均匀地分布在所述前端盖上。

3.根据权利要求1所述的管道探测机器人，其特征在于，所述第一弹性连接体和第二弹性连接体均为伸缩性中空结构，所述第一弹性连接体和第二弹性连接体两端均设置有外螺纹，所述机器人头部、机器人中部以及机器人尾部均设置有相应地内螺纹，通过所述外螺纹与内螺纹的配合，使所述机器人头部、第一弹性连接体、机器人中部、第二弹性连接体以及机器人尾部依次连接在一起。

4.根据权利要求1所述的管道探测机器人，其特征在于，所述仿生腿包括一曲柄摇杆机构主体、足尖以及用于驱动所述仿生腿行进的第一电机和第二电机，所述曲柄摇杆机构包括基架、设置在所述基架上的曲柄、与所述曲柄铰接的第一连杆、一端与所述第一连杆中间部位铰接的第二连杆，所述第二连杆另一端与所述基架一端铰接，所述足尖位于所述第一连杆的下面，所述第一电机通过一锥齿轮带动所述曲柄转动，所述曲柄转动带动所述第一连杆和第二连杆摆动，从而使仿生腿前后摆动。

5.根据权利要求4所述的管道探测机器人，其特征在于，所述第二电机带动一同步带轮转动，所述同步带轮与所述基架焊接在一起，通过所述同步带轮转动带动所述基架上下运动。

6.根据权利要求4所述的管道探测机器人，其特征在于，所述仿生腿还包括第三连杆和第四连杆，所述第三连杆和第四连杆的一端同时与所述足尖一端铰接，所述第三连杆和第四连杆的另一端同时与第一连杆的一端连接，所述足尖另一端通过弹簧与所述第一连杆连接。

7.根据权利要求1所述的管道探测机器人，其特征在于，所述卷线器包括一支架、套接在所述支架上的卷轮、设置在所述支架上的内部导管以及设置在所述支架上的两个相邻的滑轮。

8.根据权利要求7所述的管道探测机器人，其特征在于，所述卷线器的线缆从内部导管的一端引入到另一端，并从相邻滑轮之间经过，引出至一外部导管中。