CN111221339A - 地下管廊巡检机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下管廊巡检机器人，包括底盘、差速电机、主动轮、蓄电池、从动轮、转向机构和视觉导航系统；在底盘后部安装两个主动轮，前部安装两个从动轮，所述的差速电机通过螺纹连接固定于底盘上，差速电机的两端输出轴通过平键分别连接左、右的两个主动轮，所述的转向机构安装于底盘前部的两个从动轮之间，所述的两个从动轮通过之间的转向机构实现同步转向。本发明的地下管廊巡检机器人行驶速度快、转向灵活，同时该机器人采用基于线阵CCD相机的视觉导航系统，性能可靠，相较于固定导轨式巡检机器人降低了成本，并使得机器人能够实现自主巡检作业。
Description
技术领域
本发明涉及机器人的设计技术领域，具体涉及一种地下管廊巡检机器人。
背景技术
城市化的进程促进了地下管廊的发展，大量线路及其配套设施被置于地下。日常的巡检工作是保障电力系统正常工作的重要措施，但由于地下管廊具有距离长、地形复杂以及电缆种类多等特点，且传统的人工巡检效率低、可操作性差，因此利用巡检机器人代替人工巡检是其必然趋势。
利用机器人进行地下管廊巡检作业，不仅可减少安全隐患，确保电能的可靠输出，且有利于提高输电网络监测的自动化程度，从而促进智能电网的建设。因此，灵活、可靠的巡检机器人对保障电能的输送具有重要的意义。目前已投入使用的几款地下管廊巡检机器人导航方式多采用固定导轨式，这种导航方式虽可靠度高但成本较高，不方便快速布置。
发明内容
本发明的目的是针对人工巡检效率低和固定导轨式巡检机器人成本昂贵等问题，提供一种行驶速度快、转向灵活的地下管廊巡检机器人，同时该机器人采用基于线阵CCD相机的视觉导航系统，性能可靠，相较于固定导轨式巡检机器人降低了成本，并使得机器人能够实现自主巡检作业。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是：
一种地下管廊巡检机器人，包括底盘、差速电机、主动轮、蓄电池、从动轮、转向机构和视觉导航系统；在底盘后部安装两个主动轮，前部安装两个从动轮，所述的差速电机通过螺纹连接固定于底盘上，差速电机的两端输出轴通过平键分别连接左、右的两个主动轮，所述的转向机构安装于底盘前部的两个从动轮之间，所述的两个从动轮通过之间的转向机构实现同步转向，所述的转向机构包括转向步进电机、支架、第一套筒、第二套筒、第一连杆、第二连杆、曲柄和几字架；
所述的从动轮内安装车轮轴，左、右两个从动轮之间设有支架，所述的支架两端具有铰制孔螺栓，所述的铰制孔螺栓上分别安装有能绕其竖直轴线旋转的第一套筒；在所述的第一套筒的圆周上开设有内孔，从动轮的车轮轴与第一套筒内孔之间为过盈配合；在第一套筒的圆周上焊接有开孔的凸台，光孔上为鱼眼杆端关节轴承，用于安装第一连杆、第二连杆；
所述的几字架固定安装于底盘上，转向步进电机安装于几字架上，转向步进电机的输出轴通过平键与曲柄一端连接，使得曲柄能够绕着转向步进电机输出轴的轴线旋转；曲柄另一端开孔，并通过螺钉与鱼眼杆端关节轴承安装在一起；所述第二连杆的一端安装在曲柄一端的鱼眼杆端关节轴承上，所述第二连杆的另一端与一个从动轮所连的第一套筒上的鱼眼杆端关节轴承安装在一起；左、右两个从动轮的第一套筒上的鱼眼杆端关节轴承之间安装第一连杆。
所述从动轮的内孔左、右两侧各安装一个第一轴承，所述第一轴承的内径与车轮轴相配合，使从动轮安装在车轮轴上。
主动轮的端面上通过螺钉固定安装有轴端挡圈，用于防止主动轮左右窜动。
从动轮的端面上通过螺钉固定安装有轴端挡圈，用于防止从动轮左右窜动。
所述的底盘上安装蓄电池、控制盒，所述的蓄电池为该巡检机器人供电，所述的控制盒上安装温湿度传感器、气体浓度传感器、摄像头和照明灯；
所述的第一套筒的内孔上下侧分别安装有第二轴承，第二轴承内孔与铰制孔螺栓相配合，铰制孔螺栓通过螺纹连接固定于支架上，使得第一套筒能够绕着铰制孔螺栓的竖直轴线旋转。
所述的铰制孔螺栓上套装第二套筒，用于防止第二轴承出现轴向窜动的现象，进而限制住第一套筒的位置。
视觉导航系统包括线阵CCD相机、L型支架、相机固定平台、控制盒和导航线，所述的线阵CCD相机通过螺纹连接固定在L型支架上，L型支架固定在相机固定平台上，相机固定平台固定在支架上，控制盒安装在底盘上，控制盒内装有控制系统。
控制盒上安装温湿度传感器和气体浓度传感器，温湿度传感器用于监测管廊内的温度和湿度，气体浓度传感器用于监测管廊内气体的浓度。
有益效果：
1.本发明的地下管廊巡检机器人采用四轮式行走机构，转向灵活，动力强劲。
2.本发明的地下管廊巡检机器人采用基于线阵CCD相机的视觉导航系统，性能可靠；相较于固定导轨式巡检机器人，本发明的地下管廊巡检机器人成本更为低廉。
3.通过搭载摄像头和多种传感器，本发明的地下管廊巡检机器人能够实现自主式巡检作业。
附图说明
图1地下管廊巡检机器人的结构示意图。
图2驱动机构的结构示意图。
图3转向机构的结构示意图。
图4从动轮固定装置的结构示意图。
图5从动轮转向示意图
图6视觉导航系统的结构示意图。
图中：1-差速电机，2-主动轮，3-蓄电池，4-底盘，5-控制盒，6-从动轮，7-转向机构，7-1-铰制孔螺栓，7-2-第一套筒，7-4-鱼眼杆端关节轴承，7-5-支架，7-6-第一连杆，7-7-第二连杆，7-8-螺栓，7-9-曲柄，7-10-几字架，8-线阵CCD相机，9-转向步进电机，10-摄像头，11-照明灯，12-温湿度传感器，13-气体浓度传感器，14-导航线，15-轴端挡圈，16-第一螺钉，17-第二螺钉，18-第一轴承，19-车轮轴，20-螺母，21-第二套筒，22-L型支架，23-相机固定平台。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种地下管廊巡检机器人，包括底盘4、差速电机1、主动轮2、蓄电池3、从动轮6、转向机构7和视觉导航系统；在底盘4后部安装两个主动轮2，前部安装两个从动轮6，所述的差速电机1通过螺纹连接固定于底盘4上，差速电机1的两端输出轴通过平键分别连接左、右的两个主动轮2，所述的转向机构7安装于底盘4前部的两个从动轮6之间，所述的两个从动轮6通过之间的转向机构7实现同步转向，所述的转向机构7包括转向步进电机9、支架7-5、第一套筒7-2、第二套筒21、第一连杆7-6、第二连杆7-7、曲柄7-9和几字架7-10；
所述的从动轮6内安装车轮轴19，左、右两个从动轮6之间设有支架7-5，所述的支架7-5两端具有铰制孔螺栓7-1，所述的铰制孔螺栓7-1上分别安装有能绕其竖直轴线旋转的第一套筒7-2；在所述的第一套筒7-2的圆周上开设有内孔，从动轮6的车轮轴19与第一套筒7-2内孔之间为过盈配合；在第一套筒7-2的圆周上焊接有开孔的凸台，光孔上为鱼眼杆端关节轴承，用于安装第一连杆7-6、第二连杆7-7；
所述的几字架7-10固定安装于底盘4上，转向步进电机9安装于几字架7-10上，转向步进电机9的输出轴通过平键与曲柄7-9一端连接，使得曲柄7-9能够绕着转向步进电机9输出轴的轴线旋转；曲柄7-9另一端开孔，并通过螺钉与鱼眼杆端关节轴承安装在一起；所述第二连杆7-7的一端安装在曲柄7-9一端的鱼眼杆端关节轴承上，所述第二连杆7-7的另一端与一个从动轮6所连的第一套筒7-2上的鱼眼杆端关节轴承安装在一起；左、右两个从动轮6的第一套筒7-2上的鱼眼杆端关节轴承之间安装第一连杆7-6。
所述从动轮6的内孔左、右两侧各安装一个第一轴承18，所述第一轴承18的内径与车轮轴19相配合，使从动轮6安装在车轮轴19上。
主动轮2的端面上通过螺钉固定安装有轴端挡圈15，用于防止主动轮2左右窜动。
从动轮6的端面上通过螺钉固定安装有轴端挡圈15，用于防止从动轮6左右窜动。
所述的底盘4上安装蓄电池3、控制盒5，所述的蓄电池3为该巡检机器人供电，所述的控制盒5上安装温湿度传感器12、气体浓度传感器13、摄像头10和照明灯11；
所述的第一套筒7-2的内孔上下侧分别安装有第二轴承，第二轴承内孔与铰制孔螺栓7-1相配合，铰制孔螺栓7-1通过螺纹连接固定于支架7-5上，使得第一套筒7-2能够绕着铰制孔螺栓7-1的竖直轴线旋转。
所述的铰制孔螺栓7-1上套装第二套筒21，用于防止第二轴承出现轴向窜动的现象，进而限制住第一套筒7-2的位置。
视觉导航系统包括线阵CCD相机8、L型支架22、相机固定平台23、控制盒5和导航线14，所述的线阵CCD相机8通过螺纹连接固定在L型支架22上，L型支架22固定在相机固定平台23上，相机固定平台23固定在支架7-5上，控制盒5安装在底盘4上，控制盒5内装有控制系统。
控制盒5上安装温湿度传感器12和气体浓度传感器13，温湿度传感器12用于监测管廊内的温度和湿度，气体浓度传感器13用于监测管廊内气体的浓度。
如图1所示。差速电机1安装于底盘4上，用于驱动两个主动轮2转动。蓄电池3和控制盒5固定于底盘4上，蓄电池3为机器人供电。转向机构7用于控制从动轮的转向，线阵CCD相机8固定在支架上，用于控制机器人沿着预定路径行驶。温湿度传感器12和气体浓度传感器13安装于控制盒5上，温湿度传感器12用于监测管廊内的温度和湿度，气体浓度传感器13用于监测管廊内气体的浓度。摄像头10和照明灯11安装于控制盒5的上方，摄像头10实时拍摄管廊内部情况并将图像传输给控制室，以便于工作人员掌握管廊内部情况，照明灯11为摄像头10提供光源。控制盒5内装有控制系统，用于控制机器人进行自主巡检作业。
驱动机构的工作原理是：差速电机1工作，带动左右主动轮2旋转，从而驱动机器人行驶。
转动机构的工作原理是：转向步进电机9的输出轴带动曲柄7-9旋转，曲柄7-9带动第二连杆7-7做平面运动，第二连杆7-7进而带动第一连杆7-6做平移运动。由于第一连杆7-6两侧分别与套筒7-2的凸台转动相连，从而使得套筒7-2能够绕着铰制孔用螺栓7-1的轴线旋转，实现左右两个从动轮6的同步转向。图5为从动轮左右转的示意图。
视觉导航系统的工作原理是：在地面上用油漆或者涂料喷一条具有一定宽度的白线作为导航线14，线阵CCD相机8的镜头正对着导航线14。当机器人在行驶过程中偏离导航线时，线阵CCD相机8将图像传输给控制系统，控制系统对图像进行分析，再控制转向步进电机9工作，驱动从动轮6转向，从而使得机器人能够沿着导航线自主行驶。
机器人在差速电机1的驱动下沿着导航线14行驶，蓄电池3为机器人供电。在行驶过程中，温湿度传感器12实时监测管廊内的温度和湿度，气体浓度传感器13实时监测管廊内气体的浓度。摄像头10实时拍摄管廊内部情况并将图像传输给控制室，以便于工作人员掌握管廊内部情况。当机器人偏离导航线时，线阵CCD相机8拍摄图像并将图像发送给控制系统，控制系统对图像进行分析，再控制转向步进电机9工作，步进电机9通过转向机构7驱动从动轮6转向，从而使得机器人能够沿着导航线自主行驶。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，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，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种地下管廊巡检机器人，其特征在于：包括底盘、差速电机、主动轮、蓄电池、从动轮、转向机构和视觉导航系统；在底盘后部安装两个主动轮，前部安装两个从动轮，所述的差速电机通过螺纹连接固定于底盘上，差速电机的两端输出轴通过平键分别连接左、右的两个主动轮，所述的转向机构安装于底盘前部的两个从动轮之间，所述的两个从动轮通过之间的转向机构实现同步转向，所述的转向机构包括转向步进电机、支架、第一套筒、第二套筒、第一连杆、第二连杆、曲柄和几字架；
所述的从动轮内安装车轮轴，左、右两个从动轮之间设有支架，所述的支架两端具有铰制孔螺栓，所述的铰制孔螺栓上分别安装有能绕其竖直轴线旋转的第一套筒；在所述的第一套筒的圆周上开设有内孔，从动轮的车轮轴与第一套筒内孔之间为过盈配合；在第一套筒的圆周上焊接有开孔的凸台，光孔上为鱼眼杆端关节轴承，用于安装第一连杆、第二连杆；
所述的几字架固定安装于底盘上，转向步进电机安装于几字架上，转向步进电机的输出轴通过平键与曲柄一端连接，使得曲柄能够绕着转向步进电机输出轴的轴线旋转；曲柄另一端开孔，并通过螺钉与鱼眼杆端关节轴承安装在一起；所述第二连杆的一端安装在曲柄一端的鱼眼杆端关节轴承上，所述第二连杆的另一端与一个从动轮所连的第一套筒上的鱼眼杆端关节轴承安装在一起；左、右两个从动轮的第一套筒上的鱼眼杆端关节轴承之间安装第一连杆。
2.根据权利要求1所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于：所述从动轮的内孔左、右两侧各安装一个第一轴承，所述第一轴承的内径与车轮轴相配合，使从动轮安装在车轮轴上。
3.根据权利要求1所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于：主动轮的端面上通过螺钉固定安装有轴端挡圈，用于防止主动轮左右窜动。
4.根据权利要求1所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于：从动轮的端面上通过螺钉固定安装有轴端挡圈，用于防止从动轮左右窜动。
5.根据权利要求1所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于：所述的底盘上安装蓄电池、控制盒，所述的蓄电池为该巡检机器人供电，所述的控制盒上安装温湿度传感器、气体浓度传感器、摄像头和照明灯。
6.根据权利要求1所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于：所述的第一套筒的内孔上下侧分别安装有第二轴承，第二轴承内孔与铰制孔螺栓相配合，铰制孔螺栓通过螺纹连接固定于支架上，使得第一套筒能够绕着铰制孔螺栓的竖直轴线旋转。
7.根据权利要求6所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于：所述的铰制孔螺栓上套装第二套筒，用于防止第二轴承出现轴向窜动的现象，进而限制住第一套筒的位置。
8.根据权利要求1所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于：视觉导航系统包括线阵CCD相机、L型支架、相机固定平台、控制盒和导航线，所述的线阵CCD相机通过螺纹连接固定在L型支架上，L型支架固定在相机固定平台上，相机固定平台固定在支架上，控制盒安装在底盘上，控制盒内装有控制系统。
9.根据权利要求8所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于：控制盒上安装温湿度传感器和气体浓度传感器，温湿度传感器用于监测管廊内的温度和湿度，气体浓度传感器用于监测管廊内气体的浓度。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111953930A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-11-17 | 窦崧 | 一种移动式道路监控设备 |
| CN114184238A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-03-15 | 杭州电子科技大学 | 一种基于可伸缩轮系的老旧管道巡检机器人 |
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2020
- 2020-01-22 CN CN202010073928.8A patent/CN111221339A/zh active Pending
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| CN111953930A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-11-17 | 窦崧 | 一种移动式道路监控设备 |
| CN114184238A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-03-15 | 杭州电子科技大学 | 一种基于可伸缩轮系的老旧管道巡检机器人 |
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