CN108730677B - 多功能无线遥控可视管道机器人爬行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，包括车体和驱动装置，驱动装置包括设置于车体尾部两侧的车轮，以及设置于车体内部、与车轮依次连接的驱动电机和电池仓；还包括设置于车体上的前倾万向轮、支撑装置、重量补充装置、图像采集装置和无线遥控装置；其中，前倾万向轮设置于车体的前端；支撑装置包括设置于车体顶部的固定杆、置顶轮、活动杆、动滑轮和定滑轮；重量补充装置包括设置于车体内、依次连接的重量感应单元、液压控制单元和传动绳，传动绳绕过定滑轮与动滑轮连接；解决管道机器人拖动力小、不走管道母线、通过性差、无线传输距离短的问题。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，更具体的说是涉及一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器。
背景技术
随着经济的发展和科技的进步，管道输送技术已经广泛应用在输电线路、石油、天然气、化工原料及生活用水等各个方面。常年的应用使得管道的腐蚀和堵塞等情况越来越严重，这极易引起输送效率低下及管道损坏等各种危险。管道机器人正是为了解决以上的问题，由科研人员研发的一种管内爬行载体，用来拖动管内清洁、清障、巡检、牵引、修补等仪器完成各种管内作业。近几年，伴随着计算机技术、机电技术的快速发展，国内外的管道机器人技术不断有新的技术突破。各研究机构开发设计了各种管道机器人，其行走方式主要为轮式、履带式、蠕动式、螺旋式等。应用环境也是从几十毫米的微小管道到大至几百乃至上千毫米的大直径管道。无论行走方式如何，对管道机器人的综合技术要求主要是具有大拖动力、较好的管径通过性和优越的无线控制功能。
目前，应用于输电线路管道中的主要是轮式管道机器人，其多为类似小车的结构，通过轮子与管道的摩擦力，拖动小车在管道内行进。但这种管道机器人由于受其驱动行走机构的限制，普遍存在以下问题：1、拖动力较小，其拖动力仅来自轮子与管道的摩擦力，而该摩擦力由小车的重量决定，往往小车质量较小，导致拖动力小；2、管道通过性较差、转弯时不走管道母线且易偏离直线；3、无线传输距离短，无法实现超长距离的图传功能。
因此，如何提供一种拖动力大、通过性强、不易偏离直线的多功能管道机器人爬行器是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，解决管道机器人拖动力小、不走管道母线、通过性差、无线传输距离短的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，包括：车体和驱动装置，所述驱动装置包括设置于所述车体尾部两侧的车轮，以及设置于所述车体内部、与所述车轮依次连接的驱动电机和电池仓；其特征在于，还包括设置于所述车体上的前倾万向轮、支撑装置、重量补充装置、图像采集装置和无线遥控装置；
其中，所述前倾万向轮设置于所述车体的前端；所述支撑装置包括设置于所述车体顶部的固定杆、置顶轮、活动杆、动滑轮和定滑轮，所述车体中部设置有所述定滑轮，所述车体中部向尾部方向形成有滑轮槽，所述动滑轮设置于所述滑轮槽内，所述固定杆一端与所述车体前端铰接，另一端设置有所述置顶轮，且与所述活动杆的一端铰接，所述活动杆的另一端与所述动滑轮连接；所述重量补充装置包括设置于所述车体内、依次连接的重量感应单元、液压控制单元和传动绳，所述传动绳绕过所述定滑轮与所述动滑轮连接。
通过上述技术方案，通过所述支撑装置和所述重量补充装置提升了所述机器人的拖动力；通过所述前倾万向轮带有前倾角的优势，延长了拖拽距，增强了指向性，使所述机器人延管道母线行走，不易偏离直线；通过所述图像采集装置的改进实现了摄像功能的多样化；通过将所述无线传输天线与所述钢丝绳连接的方式提升了无线传输能力。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，选用带有前倾角的万向轮，在前轮遇到拐弯角度时，自适应有一个向下运动趋势，待回到管道母线后，所述前倾万向轮能够自动校正向前的运动方向，保持所述机器人始终延管道母线运动，避免了以往的两轴四轮结构遇到管线稍有角度就会使得前轮有延管壁向上的运动趋势，造成后车轮着地面积小、驱动力下降，也容易造成所述机器人的侧倾、翻转或卡死现象。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，还包括设置于所述车体尾部的钢缆拖拽勾，用于拖拽钢缆穿过管道。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，还包括遥控装置，所述遥控装置用于驱动所述驱动装置运动，有利于控制所述机器人的移动动作，操控性强。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，所述图像采集装置包括设置于所述车体前端的摄像单元和光线调节器，所述摄像单元包括CCTV摄像机和可自由180°旋转的鱼眼装置，能够自动存储录像，实时回放、拍照，并且能够实时无线图传、人机对话，还可以通过手持式控制器，控制摄像头的角度、对焦等功能。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，所述光线调节器包括光线感应器、照明控制器、照明灯和电源，所述光线感应器用于感应管道内的光线强度变换并生成照明信号，所述照明控制器用于根据所述照明信号控制所述照明灯，可根据光线自动调整摄像机光圈的设置，保证图像不会产生失真、变形、变暗等问题。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，所述无线遥控装置包括依次连接的无线控制单元、无线传输天线和钢丝绳，通过将无线传输天线和钢丝绳连接，实现超远距离传输视频的目的。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，所述无线遥控装置还包括与所述无线控制单元无线连接的无线遥控器，所述无线遥控器为FTR-WT01wifi视频模块无线遥控器，用于控制所述摄像单元通过所述无线控制单元，实时传送画面，实现人机对话。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，所述车体设置有钢丝绳牵引钩，所述钢丝绳连接在所述钢丝绳牵引钩上，所述无线传输天线与所述钢丝绳铰接，提高了无线传输天线的传输能力，实现超远距离传输。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，所述钢丝绳与远端的控制端连接，便于对所述机器人的收放，以及出现故障后的手动回收。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，所述钢丝绳连接有陀螺仪，用于惯性导航定位钢缆。
优选的，在上述一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器中，所述活动杆为伸缩杆结构，有利于所述机器人依据不同规格的管径调节所述支撑装置的高度。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，具有以下有益效果：
1、通过驱动装置和支撑装置在管道内壁底面和顶面之间形成上压下推的合力驱动管道机器人前进，前进过程中置顶轮始终与管道上壁接触形成一个下压分力，增大前进摩擦力和拖动力。
2、通过重量补充装置在拖拽阻力过大时会通过滑轮组结构自动增加车轮摩擦力而增加拖动力，拖拽阻力不大时减小置顶轮压力又可节能；
3、通过前倾万向轮带有前倾角的优势，延长了拖拽距，增强了指向性，使机器人延管道母线行走，不易偏离直线；
4、通过图像采集装置的改进实现了摄像功能的多样化；
5、通过将无线传输天线与钢丝绳连接的方式提升了无线传输能力；
6、通过钢丝绳牵引陀螺仪实现惯性定位检测，用于超长管道穿钢缆工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的结构示意图；
图2附图为本发明提供的前倾万向轮的结构示意图；
图3附图为本发明提供的重量补充装置结构示意图；
图4附图为本发明提供的图像采集装置结构示意图；
图5附图为本发明提供的无线遥控装置结构示意图。
在图1中：
1为车体，11为滑轮槽，2为驱动装置，21为车轮，22为驱动电机，23为电池仓，3为前倾万向轮，4为支撑装置，41为固定杆，42为置顶轮，43为活动杆，44为动滑轮，45为定滑轮，53为传动绳，6为图像采集装置，61为摄像头，7为无线遥控装置，73为钢丝绳，8为钢缆拖拽勾，9为钢丝绳牵引钩。
在图2中：
3为前倾万向轮，61为摄像单元。
在图3中：
1为车体，44为动滑轮，45为定滑轮，5为重量补充装置，51为重量感应单元，52为液压控制单元，53为传动绳。
在图4中：
6为图像采集装置，61为摄像单元，62为多功能调节器。
在图5中：
7为无线遥控装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1至附图3，本发明实施例公开了一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，包括：车体1和驱动装置2，驱动装置2包括设置于车体1尾部两侧的车轮21，以及设置于车体1内部、与车轮21依次连接的驱动电机22和电池仓23；其特征在于，还包括设置于车体1上的前倾万向轮3、支撑装置4、重量补充装置5、图像采集装置6和无线遥控装置7；
其中，前倾万向轮3设置于车体1的前端；支撑装置4包括设置于车体1顶部的固定杆41、置顶轮42、活动杆43、动滑轮44和定滑轮45，车体1中部设置有定滑轮45，车体1中部向尾部方向形成有滑轮槽11，动滑轮44设置于滑轮槽11内，固定杆41一端与车体1前端铰接，另一端设置有置顶轮42，且与活动杆43的一端铰接，活动杆43的另一端与动滑轮44连接；重量补充装置5包括设置于车体1内、依次连接的重量感应单元51、液压控制单元52和传动绳53，传动绳53绕过定滑轮45与动滑轮44连接。
为了进一步优化上述技术方案，还包括设置于车体1尾部的钢缆拖拽勾8。
为了进一步优化上述技术方案，还包括遥控装置，遥控装置用于驱动驱动装置2运动。
参见附图4，图像采集装置6包括设置于所述车体前端的摄像单元61和光线调节器，摄像单元61包括CCTV摄像机和鱼眼装置，光线调节器62包括光线感应器、照明控制器、照明灯和电源。
参见附图5，无线遥控装置7包括依次连接的无线控制单元71、无线传输天线72和钢丝绳73。
为了进一步优化上述技术方案，无线遥控装置7还包括与无线控制单元71无线连接的无线遥控器。
为了进一步优化上述技术方案，车体1设置有钢丝绳牵引钩9，钢丝绳73连接在钢丝绳牵引钩9上。
为了进一步优化上述技术方案，钢丝绳73与远端的控制端连接。
为了进一步优化上述技术方案，钢丝绳73连接有陀螺仪。
为了进一步优化上述技术方案，活动杆43为伸缩杆结构。
本发明的工作原理为：
初始状态时，车轮21与管道内底壁接触，置顶轮42与管道内顶壁接触；
直线前进状态时，驱动电机22驱动车轮21转动前进，此时，车轮21与置顶轮42在管道内壁底面与顶面之间形成上压下推的合力驱动管道机器人前进；
转弯状态时，前倾万向轮3控制转弯方向，并自适应产生向下的运动趋势，使机器人回到管道母线，然后前倾万向轮3自动校正向前的运动方向，保持机器人始终延管道母线运行；
阻力变化时，当机器人拖拽阻力增大时，重量感应单元51将感应信号发送至液压控制单元52，液压控制单元52收紧传动绳53，此时，动滑轮44延滑轮槽11向定滑轮45方向移动，置顶轮42上压的力增大，自动给机器人一个向下的分力，摩擦力增强，向前的拖动力增强；当拖拽阻力减小时，重量感应单元51将感应信号发送至液压控制单元52，液压控制单元52放松传动绳53，动滑轮44延滑轮槽11向车体1尾部方向移动，摩擦力减小，节省电力。
需要说明的是，当管道管径不同时，可以通过调节活动杆43的长度以适应不同管道的管径。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，包括：车体(1)和驱动装置(2)，所述驱动装置(2)包括设置于所述车体(1)尾部两侧的车轮(21)，以及设置于所述车体(1)内部、与所述车轮(21)依次连接的驱动电机(22)和电池仓(23)；其特征在于，还包括设置于所述车体(1)上的前倾万向轮(3)、支撑装置(4)、重量补充装置(5)、图像采集装置(6)和无线遥控装置(7)；
其中，所述前倾万向轮(3)设置于所述车体(1)的前端；所述支撑装置(4)包括设置于所述车体(1)顶部的固定杆(41)、置顶轮(42)、活动杆(43)、动滑轮(44)和定滑轮(45)，所述车体(1)中部设置有所述定滑轮(45)，所述车体(1)中部向尾部方向形成有滑轮槽(11)，所述动滑轮(44)设置于所述滑轮槽(11)内，所述固定杆(41)一端与所述车体(1)前端铰接，另一端设置有所述置顶轮(42)，且与所述活动杆(43)的一端铰接，所述活动杆(43)的另一端与所述动滑轮(44)连接；所述重量补充装置(5)包括设置于所述车体(1)内、依次连接的重量感应单元(51)、液压控制单元(52)和传动绳(53)，所述传动绳(53)绕过所述定滑轮(45)与所述动滑轮(44)连接；
所述无线遥控装置(7)包括依次连接的无线控制单元(71)、无线传输天线(72)和钢丝绳(73)；
所述车体(1)设置有钢丝绳牵引钩(9)，所述钢丝绳(73)连接在所述钢丝绳牵引钩(9)上；
还包括设置于所述车体(1)尾部的钢缆拖拽勾(8)，当机器人拖拽阻力增大时，重量感应单元(51)将感应信号发送至液压控制单元(52)，液压控制单元(52)收紧传动绳(53)，此时，动滑轮(44)延滑轮槽(11)向定滑轮(45)方向移动，置顶轮(42)上压的力增大，自动给机器人一个向下的分力，摩擦力增强，向前的拖动力增强；当拖拽阻力减小时，重量感应单元(51)将感应信号发送至液压控制单元(52)，液压控制单元(52)放松传动绳(53)，动滑轮(44)延滑轮槽(11)向车体(1)尾部方向移动，摩擦力减小，节省电力。
2.根据权利要求1所述的一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，其特征在于，还包括遥控装置，所述遥控装置用于驱动所述驱动装置(2)运动。
3.根据权利要求1所述的一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，其特征在于，所述图像采集装置(6)包括设置于所述车体前端的摄像单元(61)和光线调节器，所述摄像单元(61)包括CCTV摄像机和鱼眼装置，所述光线调节器(62)包括光线感应器、照明控制器、照明灯和电源，所述光线感应器用于感应管道内的光线强度变换并生成照明信号，所述照明控制器用于根据所述照明信号控制所述照明灯。
4.根据权利要求1所述的一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，其特征在于，所述无线遥控装置(7)还包括与所述无线控制单元(71)无线连接的无线遥控器。
5.根据权利要求1所述的一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，其特征在于，所述钢丝绳(73)与远端的控制端连接。
6.根据权利要求1所述的一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，其特征在于，所述钢丝绳(73)连接有陀螺仪，用于惯性导航定位钢缆。
7.根据权利要求1所述的一种多功能无线遥控可视管道机器人爬行器，其特征在于，所述活动杆(43)为伸缩杆结构。
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