CN110962103A - 一种小型排管电缆管道机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种小型排管电缆管道机器人，包括：驱动机构通过压力伸缩机构设置于机身的上方，驱动机构包括主动轮和驱动电机，主动轮连接于驱动电机的转轴，且位于机身的两侧，主动轮的直径大于驱动电机的高度；传动机构安装于机身的下方，传动机构包括第一支撑杆、第二支撑杆和横向拉杆，横向拉杆沿机身长度方向设置于机身的下方，第一支撑杆的运动端设置有从动轮，第一支撑杆的连接端转动连接于机身，第二支撑杆的转动端转动连接于第一支撑杆的中部，第二支撑杆的滑动端滑动连接于横向拉杆，且沿横向拉杆水平滑动，第二支撑杆用于调整管道机器人的高度。通过本申请中的技术方案，使得管道机器人可以适用于电缆管道空间狭小、情况复杂的场合。

Description

一种小型排管电缆管道机器人

技术领域

本申请涉及电缆检测的技术领域，具体而言，涉及一种小型排管电缆管道机器人。

背景技术

随着经济的发展，城市用电量不断攀升，铺设的输电线路也越来越多。市区外电缆敷设以架空输电线路为主，而市区内则采用直埋、电缆隧道以及排管等方式。为了合理规划城市布局，保证人员和设施的安全，电缆隧道的敷设方式越来越受到重视。为实现电缆隧道内部环境的检测和确保电缆的安全运行，研究电缆隧道检测机器人具有积极意义。

现有的电缆管道机器人有轮式、履带式及蠕动式，履带式机器人虽然稳定性高，但管道内空间有限。蠕动式是对软轴结构及牵引力进行稳定性分析，但在管道内的特殊环境下，机器人的牵引能力不能满足设计要求。

而现有技术中，电缆管道机器人有轮式、履带式及蠕动式，虽然在结构和技术上都有自己的特点和优势，但是可靠性和实用性还未完全达到工业化应用的要求。例如：浙江大学提出了一种新型蠕动式气动微型管道机器人，由于采用气压驱动，导致这种机器人管路系统复杂，不易微型化。

特别是对于U型弯管、三通或变径管道而言，由于管道内壁的凸凹不平和吸附面积的增大或减小，有可能使机器人在管道内卡死或打滑，不能正常工作。

发明内容

本申请的目的在于：使得管道机器人可以适用于电缆管道空间狭小、情况复杂的场合，提高管道机器人工作的稳定性和可靠性。

本申请第一方面的技术方案是：提供了一种小型排管电缆管道机器人，管道机器人用于对排管中的电缆进行检测，该管道机器人包括：机身，驱动机构，压力伸缩机构和传动机构；驱动机构通过压力伸缩机构设置于机身的上方，驱动机构包括主动轮和驱动电机，主动轮连接于驱动电机的转轴，且位于机身的两侧，主动轮的直径大于驱动电机的高度；传动机构安装于机身的下方，传动机构包括第一支撑杆、第二支撑杆和横向拉杆，横向拉杆沿机身长度方向设置于机身的下方，第一支撑杆的运动端设置有从动轮，第一支撑杆的连接端转动连接于机身，第二支撑杆的转动端转动连接于第一支撑杆的中部，第二支撑杆的滑动端滑动连接于横向拉杆，且沿横向拉杆水平滑动，第二支撑杆用于调整管道机器人的高度。

上述任一项技术方案中，进一步地，传动机构还包括：电动弹簧；电动弹簧设置于横向拉杆的挡板和第二支撑杆的滑动端之间，电动弹簧通电后收缩，将第二支撑杆的滑动端拉向远离第一支撑杆的一侧。

上述任一项技术方案中，进一步地，横向拉杆为丝杆，第二支撑杆的滑动端连接于丝杆上的螺母，传动机构还包括：旋转装置；旋转装置包括旋转电机、传动单元和安装轴承，安装轴承固定于机身的下方，安装轴承用于案子丝杆，旋转电机的转轴通过传动单元连接于丝杆。

上述任一项技术方案中，进一步地，管道机器人还包括：从动轮转向装置；从动轮转向装置的固定端连接于第一支撑杆的运动端，从动轮转向装置的转向端连接于从动轮，从动轮转向装置动作时，转向端由水平方向调整为竖直方向。

上述任一项技术方案中，进一步地，压力伸缩机构为弹簧装置、液压装置中的一种。

上述任一项技术方案中，进一步地，管道机器人还包括：电缆固定扣；电缆固定扣设置于机身的后侧，电缆固定扣用于固定电缆绞盘中的通讯电缆。

本申请第二方面的技术方案是：提供了一种排管电缆管道检测装置，包括本申请第一方面技术方案中任一项的小型排管电缆管道机器人，管道检测装置还包括：上位机控制单元，图像采集装置，温度传感器和姿态传感器；图像采集装置设置于管道机器人的机身的前方，图像采集装置用于检测排管中的图像信息；温度传感器设置于管道机器人的机身下方的前部，温度传感器用于检测排管中电缆的温度信息；姿态传感器设置于管道机器人的机身下方的中部，温度传感器用于检测管道机器人在行进过程中的行驶姿态；上位机控制单元包括运动模块、显示模块和数据存储模块，运动模块用于根据图像信息，向管道机器人发送运动指令，其中，运动指令包括前进指令和后退指令，运动模块还用于根据形式姿态，向管道机器人发送姿态调整信息，显示模块用于显示时间信息、图像信息和温度信息，数据存储模块用于存储时间信息、图像信息和温度信息。

上述任一项技术方案中，进一步地，管道检测装置还包括：电缆绞盘和光电码盘；电缆绞盘上缠绕有通讯电缆，通讯电缆连接于管道机器人，通讯电缆用于上位机控制单元与管道机器人进行通讯；光电码盘设置于电缆绞盘上，光电码盘用于定位通讯电缆的放线长度。

本申请的有益效果是：

本申请中的管道机器人，通过设置一种上方主动轮、下方从动轮的管道机器人结构，使得该管道机器人可以在管道内灵活的行走，并通过设置可调节的传动机构，灵活调整管道机器人的整体高度，使得管道机器人不受电缆管道大小、形状的影响，减少了电缆检测过程中的人力、物力、财力成本。通过实验表明，电缆管道机器人可以在电缆管道内平稳的工作，实现预期效果，对电缆管道、电缆的检测工作，具有重大的应用价值。

本申请中的管道机器人具有体积小、动作灵活、运动状态多样等优点，非常适用于电缆管道空间狭小、情况复杂的场合。并且由于其传动机构结构灵活多变，非常可自适应很多异型管道。另外本申请中的排管电缆管道检测装置，通过编写上位机软件控制，可大大缩减上位控制单元的成本。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的小型排管电缆管道机器人的示意图；

图2是根据本申请的一个实施例的小型排管电缆管道机器人的工作状态示意图；

图3是根据本申请的一个实施例的传动机构的示意图；

图4是根据本申请的一个实施例的小型排管电缆管道机器人高度调整的示意图；

图5是根据本申请的另一个实施例的传动机构的示意图；

图6是根据本申请的一个实施例的小型排管电缆管道机器人从动轮状态调整的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

以下结合图1至图5对实施例一进行说明。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种小型排管电缆管道机器人，适用于对电缆管道进行检测，由于管道机器人需要在铺有电缆的电缆管道内作业，因此，本实施例中的管道机器人采用对称分布的行走结构，主动轮2紧贴管道的上表面，对管道表面有较大压力，行进能力强，可在有较大倾角的管道中行进，该管道机器人的中心与管道中心重合，管道机器人运动稳定性好。

该管道机器人包括：机身3，驱动机构，压力伸缩机构4和传动机构；驱动机构通过压力伸缩机构4设置于机身3的上方，驱动机构包括主动轮2和驱动电机1，主动轮2连接于驱动电机1的转轴，且位于机身3的两侧，主动轮2的直径大于驱动电机1的高度；传动机构安装于机身3的下方，传动机构包括第一支撑杆5、第二支撑杆6和横向拉杆，横向拉杆沿机身3长度方向设置于机身3的下方，第一支撑杆5的运动端设置有从动轮7，第一支撑杆5的连接端转动连接于机身3，第二支撑杆6的转动端转动连接于第一支撑杆5的中部，第二支撑杆6的滑动端滑动连接于横向拉杆，且沿横向拉杆水平滑动，第二支撑杆6用于调整管道机器人的高度。

具体的，该管道机器人包括四个主动轮2和和四个从动轮7，四个从动轮7通过传动机构中的第一支撑杆5为机身3提供支撑，并减小摩擦。四个主动轮2由驱动电机1提供动力，以控制该管道机器人前进或者后退，主动轮2与机身3之间设置压力伸缩机构4，为主动轮2与管道管壁之间提供正压力，便于管道机器人的运动。

优选的，压力伸缩机构4为弹簧装置、液压装置中的一种。

本实施例通过在机身3下方设置传动机构，作为管道机器人的腿部，该传动机构不仅可以灵活伸缩，还可以调节管道机器人的高度，以适应不同内径的管道。

如图3所示，本实施例示出一种管道机器人的传动机构的实现方式，管道机器人的传动机构还包括：电动弹簧11；电动弹簧11设置于横向拉杆的挡板和第二支撑杆6的滑动端之间，电动弹簧11通电后收缩，将第二支撑杆6的滑动端拉向远离第一支撑杆5的一侧。

具体的，机身3下方设置有一条横向拉杆，该横向拉杆通过挡板，沿机身3的长度方向固定于机身3的下方，第二支撑杆6的滑动端可以在横向拉杆上滑动，当滑动端在横向拉杆上向左滑动时，该管道机器人的高度变低，当滑动端在横向拉杆上向右滑动时，该管道机器人的高度变高。

为了使得管道机器人的高度固定，在第二支撑杆6和横向拉杆的挡板之间设置电动弹簧11，电动弹簧11在未通电的情况下，将滑动端推至横向拉杆的最右侧，此时，第一支撑杆5处于竖直方向，该管道机器人高度最高。

待电动弹簧11通电后，由于电磁感应原理，电动弹簧11开始收缩，将第二支撑杆6的滑动端拉向左侧，此时，第一支撑杆5在第二支撑杆6的带动下，向后倾斜，该管道机器人的高度变低，因此，通过控制电动弹簧11通电电流的大小，可以实现对管道机器人高度的控制。

特别是当电缆管道的内径发生变化时，如图4所示，管道机器人的行进方向如箭头指向，通过增大电动弹簧11的通电电流，增加电动弹簧11的形变量，使得管道机器人的高低降低，能够顺利地由内径大的电缆管道进入内径小的电缆管道。

本实施例示出另一种管道机器人的传动机构的实现方式，横向拉杆为丝杆9，第二支撑杆6的滑动端连接于丝杆9上的螺母8，传动机构还包括：旋转装置；旋转装置包括旋转电机10、传动单元和安装轴承，安装轴承固定于机身3的下方，安装轴承用于案子丝杆9，旋转电机10的转轴通过传动单元连接于丝杆9。

具体的，如图5所示，为了调节管道机器人的高度，将横向拉杆设置为丝杆9，第二支撑杆6通过螺母8连接于丝杆9上，并由旋转电机10带动丝杆9旋转，使得螺母8沿丝杆9的水平方向移动，进而由第二支撑杆6带动第一支撑杆5动作，实现对管道机器人高度的调节。

进一步的，管道机器人还包括：从动轮转向装置；从动轮转向装置的固定端连接于第一支撑杆5的运动端，从动轮转向装置的转向端连接于从动轮7，从动轮转向装置动作时，转向端调整为竖直方向，使得从动轮7的圆面竖直向下。

具体的，如图6所示，在从动轮7和第一支撑杆5之间，设置从动轮转向装置，如舵机，使得当管道机器人由管道曲面转入平面环境(如地面)之后，控制从动轮转向装置动作，使得从动轮7的圆面与地面相接触，通过控制传动机构，使得管道机器人转变为行走模式。

进一步的，管道机器人还包括：电缆固定扣；电缆固定扣设置于机身3的后侧，电缆固定扣用于固定电缆绞盘中的通讯电缆。

具体的，管道机器人在电缆管道内作业时，当电缆管道位于地下，此时，管道机器人需要通过通讯电缆与外界进行数据通信，因此，在管道机器人机身3的后侧，设置电缆固定扣，以便于对电缆绞盘中的通讯电缆进行固定。并且，可以在电缆绞盘上设置光电码盘，对通讯电缆的放线长度进行定位，进而可以得出管道机器人在电缆管道中的位置。

实施例二：

本实施例提供了一种排管电缆管道检测装置，该管道检测装置包括如上述实施例一中所述的小型排管电缆管道机器人，该管道检测装置还包括：上位机控制单元，图像采集装置，温度传感器和姿态传感器；图像采集装置设置于管道机器人的机身的前方，图像采集装置用于检测排管中的图像信息；温度传感器设置于管道机器人的机身下方的前部，温度传感器用于检测排管中电缆的温度信息；姿态传感器设置于管道机器人的机身下方的中部，温度传感器用于检测管道机器人在行进过程中的行驶姿态；

具体的，图像采集装置、温度传感器和姿态传感器作为管道检测装置的检测部分，其中，图像采集装置作为摄像单元，负责采集电缆管道中的图像信息，温度传感器主要检测电缆管道中电缆的温度以及电缆管道内部的温度。

上位机控制单元包括运动模块、显示模块和数据存储模块，运动模块用于根据图像信息，向管道机器人发送运动指令，其中，运动指令包括前进指令和后退指令，运动模块还用于根据形式姿态，向管道机器人发送姿态调整信息，显示模块用于显示时间信息、图像信息和温度信息，数据存储模块用于存储时间信息、图像信息和温度信息。

具体的，上位机控制单元是管道检测装置的人机交互部分。操作者可通过上位机控制单元向管道机器人发送控制命令(运动指令和姿态调整信息)，管道机器人将采集的信息(图像信息、温度信息和行驶姿态)传送到上位机控制单元，经过处理后，通过显示器等信息输出单元，呈现给操作者。采用C++语言设计了一款基于Qt的跨平台实时数据可视化上位机控制单元软件,该软件通过与ARM开发板收发数据，实现控制机器人前进与后退，实时显示并收集机器人周边温度与位置信息。

上位机控制单元的左上角的显示模块，可以实时显示管道机器人周围温度，管道机器人所处位置和当前时间信息，这些信息将依此以“时间位置温度”的格式显示在左上方编辑框中，编辑框下方有一个保存按钮，按下之后将这些信息保存在TXT文本文档中，可以便于将来分析处理。上位机控制单元的右侧是摄像头(图像采集装置)实时监测部分，其中，view window用于显示摄像头当前拍摄到的图像。按下拍摄保存按钮之后将此时拍摄到的图片以“时间位置温度”形式命名并保存，存储在数据存储模块。

此上位机控制单元运行在工控机或者平板电脑上，因其便携性，工人持此设备可以随意走动，具有较强的机动性能。

进一步的，管道检测装置还包括：电缆绞盘和光电码盘；电缆绞盘上缠绕有通讯电缆，通讯电缆连接于管道机器人，通讯电缆用于上位机控制单元与管道机器人进行通讯；光电码盘设置于电缆绞盘上，光电码盘用于定位通讯电缆的放线长度。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种小型排管电缆管道机器人，包括：驱动机构通过压力伸缩机构设置于机身的上方，驱动机构包括主动轮和驱动电机，主动轮连接于驱动电机的转轴，且位于机身的两侧，主动轮的直径大于驱动电机的高度；传动机构安装于机身的下方，传动机构包括第一支撑杆、第二支撑杆和横向拉杆，横向拉杆沿机身长度方向设置于机身的下方，第一支撑杆的运动端设置有从动轮，第一支撑杆的连接端转动连接于机身，第二支撑杆的转动端转动连接于第一支撑杆的中部，第二支撑杆的滑动端滑动连接于横向拉杆，且沿横向拉杆水平滑动，第二支撑杆用于调整管道机器人的高度。通过本申请中的技术方案，使得管道机器人可以适用于电缆管道空间狭小、情况复杂的场合。

本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。

本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (8)

1.一种小型排管电缆管道机器人，其特征在于，所述管道机器人用于对排管中的电缆进行检测，该管道机器人包括：机身，驱动机构，压力伸缩机构和传动机构；

所述驱动机构通过所述压力伸缩机构设置于所述机身的上方，所述驱动机构包括主动轮和驱动电机，所述主动轮连接于所述驱动电机的转轴，且位于所述机身的两侧，所述主动轮的直径大于所述驱动电机的高度；

所述传动机构安装于所述机身的下方，所述传动机构包括第一支撑杆、第二支撑杆和横向拉杆，所述横向拉杆沿机身长度方向设置于所述机身的下方，所述第一支撑杆的运动端设置有从动轮，所述第一支撑杆的连接端转动连接于所述机身，所述第二支撑杆的转动端转动连接于所述第一支撑杆的中部，所述第二支撑杆的滑动端滑动连接于所述横向拉杆，且沿所述横向拉杆水平滑动，所述第二支撑杆用于调整所述管道机器人的高度。

2.如权利要求1所述的小型排管电缆管道机器人，其特征在于，所述传动机构还包括：电动弹簧；

所述电动弹簧设置于所述横向拉杆的挡板和所述第二支撑杆的所述滑动端之间，所述电动弹簧通电后收缩，将所述第二支撑杆的所述滑动端拉向远离所述第一支撑杆的一侧。

3.如权利要求1所述的小型排管电缆管道机器人，其特征在于，所述横向拉杆为丝杆，所述第二支撑杆的所述滑动端连接于所述丝杆上的螺母，所述传动机构还包括：旋转装置；

所述旋转装置包括旋转电机、传动单元和安装轴承，所述安装轴承固定于所述机身的下方，所述安装轴承用于案子所述丝杆，所述旋转电机的转轴通过所述传动单元连接于所述丝杆。

4.如权利要求2或3所述的小型排管电缆管道机器人，其特征在于，所述管道机器人还包括：从动轮转向装置；

所述从动轮转向装置的固定端连接于所述第一支撑杆的运动端，所述从动轮转向装置的转向端连接于所述从动轮，所述从动轮转向装置动作时，所述转向端由水平方向调整为竖直方向。

5.如权利要求1所述的小型排管电缆管道机器人，其特征在于，所述压力伸缩机构为弹簧装置、液压装置中的一种。

6.如权利要求1所述的小型排管电缆管道机器人，其特征在于，所述管道机器人还包括：电缆固定扣；

所述电缆固定扣设置于所述机身的后侧，所述电缆固定扣用于固定电缆绞盘中的通讯电缆。

7.一种排管电缆管道检测装置，其特征在于，所述管道检测装置包括如权利要求1至6中任一项所述的小型排管电缆管道机器人，所述管道检测装置还包括：上位机控制单元，图像采集装置，温度传感器和姿态传感器；

所述图像采集装置设置于所述管道机器人的所述机身的前方，所述图像采集装置用于检测所述排管中的图像信息；

所述温度传感器设置于所述管道机器人的所述机身下方的前部，所述温度传感器用于检测所述排管中电缆的温度信息；

所述姿态传感器设置于所述管道机器人的所述机身下方的中部，所述温度传感器用于检测所述管道机器人在行进过程中的行驶姿态；

所述上位机控制单元包括运动模块、显示模块和数据存储模块，所述运动模块用于根据所述图像信息，向所述管道机器人发送运动指令，其中，所述运动指令包括前进指令和后退指令，

所述运动模块还用于根据所述形式姿态，向所述管道机器人发送姿态调整信息，

所述显示模块用于显示时间信息、所述图像信息和所述温度信息，

所述数据存储模块用于存储所述时间信息、所述图像信息和所述温度信息。

8.如权利要求7所述的排管电缆管道检测装置，其特征在于，所述管道检测装置还包括：电缆绞盘和光电码盘；

所述电缆绞盘上缠绕有通讯电缆，所述通讯电缆连接于所述管道机器人，所述通讯电缆用于所述上位机控制单元与所述管道机器人进行通讯；

所述光电码盘设置于所述电缆绞盘上，所述光电码盘用于定位所述通讯电缆的放线长度。

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