CN111365620A - 一种管道雷达检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道雷达检测机器人，包括机器人本体，所述机器人本体前部设有定向钻进抬升装置，所述定向钻进抬升装置上设有定向钻进旋转装置，所述定向钻进旋转装置上设有定向钻进摆动装置，所述定向钻进摆动装置上设有雷达装置和摄像装置，所述机器人本体底部设有驱动装置；所述定向钻进抬升装置通过第一防水快速插拔航空插头插座电性插设在机器人本体上；所述雷达装置和摄像装置分别通过第二防水快速插拔航空插头插座电性插设在机器人本体上，所述机器人本体上电性连有电缆，所述电缆电性连有控制系统。能够调整摄像头、雷达的角度，能够实现模块化连接，便于复杂环境下的作业。本发明应用于管道检测技术领域。

Description

一种管道雷达检测机器人

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，具体涉及一种管道雷达检测机器人。

背景技术

管道检测机器人(cctv)是一种管道内窥摄像检测设备，已经广泛应用于军事、电力、热电厂、石油石化、无损检测、市政给排水、考古等行业，具有快速检测和诊断管道内部结构的优点。目前管道内窥摄像检测设备主要检测管道内部结构性缺陷(比如：破裂、变形、错位、脱节等)及功能性缺陷(比如：沉积、结构、阻碍物、树根等)。

城市地下管线是城市居民健康安乐生活的重要影响因素，给排水管线里程在城市地下管线中数量最大，同时给排水管线相对于其他管线更容易发生损坏，给排水管线的破损是导致城市地下空洞形成及塌陷事故发生的源头因素，因此对城市给排水管线的定期保养维护对提高城市居民生活安全系数、提高居民生活质量、降低发生次生灾害具有重要意义。

目前市面上的管道检测机器人以检测管道内部结构缺陷及功能缺陷为主，检测深埋地下管线外部环境的设备通常为地面使用地面穿透雷达进行探测，地面穿透雷达探测是用高频无线电波来确定介质内部分布规律的一种探测方法，它在探测中根据电磁脉冲在介质中的传播规律来判断介质中的物质成分。地面穿透雷达采用电磁波进行探测，而电磁波在地下介质中的传播易受到介电常数、电导率和磁导率的综合影响。

由于城市地下排水管线位于地下相对较深处，而地下的气候条件变化较快，地面的干湿情况对介电常数的影响严重影响探测结果，使得地面穿透雷达探测应用于地下管线探测的精度得不到保障，无法探测出深埋在地下管线周边土体松散、渗水流动形成的空洞等信息；因此，自主研发一种行驶在管道内部探测管线外部情况的管道雷达探测机器人势在必行。

申请号为CN201920060846.2的专利文件公开了一种船型地下污水管道检测机器人，包括船体，设置在船体的船箱内的通讯接头快拆盒，设置在通讯接头快拆盒的前端、用于规避障碍物的避障雷达，设置在通讯接头快拆盒的后端、用于驱动船体行进的推进器，扣合在所述通讯接头快拆盒上的透明罩，由所述透明罩和通讯接头快拆盒共同构成的采集保护腔，固定在所述通讯接头快拆盒上、置于所述采集保护腔内、且为全角度旋转的摄像头，以及沿垂直于所述船体行进方向均匀布设所述通讯接头快拆盒上、用于拍摄地下污水管道内壁的图像、且置于所述采集保护腔内的三组高清相机。

上述专利文件的船型地下污水管道检测机器人采用机械人携带摄像头、雷达检测管道的装置，但不能机器人在作业时，不能调整摄像头、雷达的角度，且各部件之间不是模块块连接，不便于复杂环境下的作业。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种管道雷达检测机器人，能够调整摄像头、雷达的角度，能够实现模块化连接，便于复杂环境下的作业。

为实现上述目的，本发明提出了一种管道雷达检测机器人，包括机器人本体，所述机器人本体前部设有定向钻进抬升装置，所述定向钻进抬升装置上设有定向钻进旋转装置，所述定向钻进旋转装置上设有定向钻进摆动装置，所述定向钻进摆动装置上设有雷达装置和摄像装置，所述机器人本体底部设有驱动装置；

所述定向钻进抬升装置通过第一防水快速插拔航空插头插座电性插设在机器人本体上；

所述雷达装置和摄像装置分别通过第二防水快速插拔航空插头插座电性插设在机器人本体上，所述机器人本体上电性连有电缆，所述电缆电性连有控制系统。

雷达装置包含雷达天线后盖、雷达数据采集卡、电源板；雷达发射器、雷达接收器、雷达探头、天线盖板、天线座、天线后座和金属电缆固定头；雷达数据采集卡、电源板、雷达发射器、雷达接收器装配在雷达天线后盖内部，天线后座通过螺钉连接雷达天线后盖；金属电缆固定头装配在雷达天线后盖。雷达探头装配在天线座内部，天线盖板通过螺纹连接天线座，天线座通过螺纹连接天线后座。

本发明的管道雷达检测机器人可对不小于DN300mm的管道进行检测，同时可以对管道有缺陷的位置进行精准定位指。检测时，机器人本体行走速度最高可达1m/s，速度可无级调速。越障能力最大达35mm高度障碍可轻松越过。

摄像装置包含摄像头壳、镜头锁紧螺母、钢化玻璃、照明灯和摄像头后座；摄像头壳前方装有钢化玻璃，摄像头壳前方装有镜头锁紧螺母用于锁紧钢化玻璃；摄像头壳左右两侧通过螺钉连接照明灯；摄像头壳后部通过螺钉连接装有摄像头后座。

摄像装置由高清网络摄像头(20倍光学变焦)与CREE高亮冷光无影灯组成，合理设计两者之间的位置，可使灯光能够为摄像头提供足够的光照亮度，使管道内部一览无余。摄像头、灯光与主控板之间通过航空插头快速连接，可根据不同管道情况，更换不同的摄像头组件。

进一步改进的，所述机器人本体内填充有惰性气体，所述机器人本体内设有气压传感器，所述气压传感器通过电缆和控制系统电性相连。联合机械密封，通过气压传感器能够检测机器人本体和定向钻进抬升装置的气压，可实时检测机器人本体底盘内部气压状况，保持内部良好密封效果。当气压传感器检测到机器人本体内的惰性气体气压超出一定的范围时，能够通过控制系统检测到管道内气压的变化，并通过控制系统做出一定的控制。能够保障机器人本体在地下管线的防爆安全和防水安全。

进一步改进的，所述机器人本体内设有倾角传感器，所述倾角传感器通过电缆和控制系统电性相连。通过倾角传感器能够检测到机器人本体的倾斜角度，并通过控制系统可以对倾斜角度进行分析，在机器人本体发生倾覆前，能够及时调整机器人本体的位置，从而防止机器人本体发生倾覆。

进一步改进的，所述机器人本体后部设有避障环。避障环为机器人本体后退提供防撞保护，有效机器人本体上的部件因碰撞等原因造成损坏，避障环为电缆拖拽力承接位置，有效防止电缆因拖拽造成损坏及通信不畅。

进一步改进的，所述避障环上设有压线装置，所述电缆穿设固定在压线装置上。压线装置包括第一固定板和第二固定板，两固定板贴合时，两固定板之间形成通孔，电缆通过第一固定板和第二固定板压设在通孔内，对电缆形成了固定的作用，防止电缆因拖拽而造成通信不畅。

进一步改进的，所述避障环和压线装置通过锁扣装置相连。锁扣装置包括设在第一固定板是的凹槽，该凹槽的开口处通过螺栓或插销连接，第一固定板通过凹槽卡在避障环后，再通过螺栓或插销将第一固定板锁紧在避障环上。从而使压线装置和避障环形成连接。

进一步改进的，所述机器人本体前部转动设有吊装环，所述定向钻进抬升装置转动设在吊装环上。吊装环通过螺栓转动可调节安装在机器人本体上。

进一步改进的，所述驱动装置包括至少两个电机和至少四个驱动轮，各电机和各驱动轮分别设在机器人本体两侧，两侧的驱动轮在各电机的作用下形成差速驱动。两电机均选用国外大功率高扭矩驱动电机，该电机驱动锥齿轮传动机构、链轮链条传动机构旋转，进一步带动两侧驱动轮转动行走。两电机采用独立控制，差速驱动，可实现机器人原地转弯。

进一步改进的，所述驱动轮包括铝制主体，所述铝制主体的胎面填充有保护套。保护套为浇注PU、天然橡胶等材质，以提升产品的耐用性，增强抗腐蚀性和耐酸碱性。

进一步改进的，所述驱动轮远离机器人本体的一端端部倒有圆角。通过驱动轮端部的圆角的弧形曲面，能够贴合管道的曲面。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：

本发明的定向钻进抬升装置包括传动相连的四连杆机构和第一电机，四连杆机构的一端连接在机器人本体上，第一电机通过第一防水快速插拔航空插头插座电性插设在机器人本体上，通过第一电机带动四连杆机构形成抬升的动作；定向钻进旋转装置包括传动相连的行星齿轮机构和第二电机，第二电机设在四连杆机构上，第二电机和机器人本体电性相连，通过第二电机带动行星齿轮机构形成旋转的动作；定向钻进摆动装置包括传动相连的蜗轮蜗杆机构和第三电机，第三电机设在行星齿轮机构的输出端，第三电机和机器人本体电性相连，通过第三电机带动蜗轮蜗杆机构形成左右摆动的动作，雷达装置和摄像装置装在蜗轮蜗杆机构上，从而使雷达装置和摄像装置能够具有抬升、旋转和摆动的动作，能够适应多种复杂环境的作业。

通过第一防水快速插拔航空插头插座和第二防水快速插拔航空插头插座能够使定向钻进抬升装置、雷达装置、摄像装置和机器人本体之间形成模块化连接，便于组装。

本发明通过控制系统对上述部件进行统一控制，具体地，控制系统可以为PC端，或者其他控制的设备。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为管道雷达检测机器人的立体图；

图2为管道雷达检测机器人另一视角的立体图；

图3为管道雷达检测机器人的主视图；

图4为摄像装置的结构示意图；

图5为压线装置的结构示意图；

图6为吊装环的结构示意图；

图7为雷达装置的结构示意图；

图8为图7中A-A处的剖视图。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1至图8，一种管道雷达检测机器人，包括机器人本体1，机器人本体1前部设有定向钻进抬升装置11，定向钻进抬升装置11上设有定向钻进旋转装置12，定向钻进旋转装置12上设有定向钻进摆动装置13，定向钻进摆动装置13上设有雷达装置2和摄像装置3，机器人本体1底部设有驱动装置；

定向钻进抬升装置11通过第一防水快速插拔航空插头插座14电性插设在机器人本体1上；

雷达装置2和摄像装置3分别通过第二防水快速插拔航空插头插座15电性插设在机器人本体1上，机器人本体1上电性连有电缆16，电缆16电性连有控制系统。

本实施例的定向钻进抬升装置11包括传动相连的四连杆机构和第一电机，四连杆机构的一端连接在机器人本体1上，第一电机通过第一防水快速插拔航空插头插座14电性插设在机器人本体1上，通过第一电机带动四连杆机构形成抬升的动作；定向钻进旋转装置12包括传动相连的行星齿轮机构和第二电机，第二电机设在四连杆机构上，第二电机和机器人本体1电性相连，通过第二电机带动行星齿轮机构形成旋转的动作；定向钻进摆动装置13包括传动相连的蜗轮蜗杆机构和第三电机，第三电机设在行星齿轮机构的输出端，第三电机和机器人本体1电性相连，通过第三电机带动蜗轮蜗杆机构形成左右摆动的动作，雷达装置2和摄像装置3装在蜗轮蜗杆机构上，从而使雷达装置2和摄像装置3能够具有抬升、旋转和摆动的动作，能够适应多种复杂环境的作业。

通过第一防水快速插拔航空插头插座14和第二防水快速插拔航空插头插座15能够使定向钻进抬升装置11、雷达装置2、摄像装置3和机器人本体1之间形成模块化连接，便于组装。

本实施例通过控制系统对上述部件进行统一控制，具体地，控制系统可以为PC端，或者其他控制的设备。

雷达装置2包含雷达天线后盖21、雷达数据采集卡22、电源板23；雷达发射器24、雷达接收器25、雷达探头26、天线盖板27、天线座28、天线后座29和金属电缆固定头30；雷达数据采集卡22、电源板23、雷达发射器24、雷达接收器25装配在雷达天线后盖21内部，天线后座29通过螺钉连接雷达天线后盖21；金属电缆固定头30装配在雷达天线后盖21。雷达探头26装配在天线座28内部，天线盖板27通过螺纹连接天线座28，天线座28通过螺纹连接天线后座29。当然，本实施例的雷达装置2也可以采用其他型号或其他结构，只要，能够完成检测即可。

本实施例的管道雷达检测机器人可对不小于DN300mm的管道进行检测，同时可以对管道有缺陷的位置进行精准定位指。检测时，机器人本体1行走速度最高可达1m/s，速度可无级调速。越障能力最大达35mm高度障碍可轻松越过。

摄像装置3包含摄像头壳31、镜头锁紧螺母32、钢化玻璃33、照明灯34和摄像头后座35；摄像头壳31前方装有钢化玻璃33，摄像头壳31前方装有镜头锁紧螺母32用于锁紧钢化玻璃33；摄像头壳31左右两侧通过螺钉连接照明灯34；摄像头壳31后部通过螺钉连接装有摄像头后座35。当然，本实施例的摄像装置3也可以采用其他型号或其他结构，只要，能够完成摄像检测即可。

摄像装置3由高清网络摄像头(20倍光学变焦)与CREE高亮冷光无影灯组成，合理设计两者之间的位置，可使灯光能够为摄像头提供足够的光照亮度，使管道内部一览无余。摄像头、灯光与主控板之间通过航空插头快速连接，可根据不同管道情况，更换不同的摄像头组件。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，机器人本体1内填充有惰性气体，机器人本体1内设有气压传感器，气压传感器通过电缆16和控制系统电性相连。联合机械密封，通过气压传感器能够检测机器人本体1和定向钻进抬升装置11的气压，可实时检测机器人本体1底盘内部气压状况，保持内部良好密封效果。当气压传感器检测到机器人本体1内的惰性气体气压超出一定的范围时，能够通过控制系统检测到管道内气压的变化，并通过控制系统做出一定的控制。能够保障机器人本体1在地下管线的防爆安全和防水安全。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，机器人本体1内设有倾角传感器，倾角传感器通过电缆16和控制系统电性相连。通过倾角传感器能够检测到机器人本体1的倾斜角度，并通过控制系统可以对倾斜角度进行分析，在机器人本体1发生倾覆前，能够及时调整机器人本体1的位置，从而防止机器人本体1发生倾覆。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，机器人本体1后部设有避障环4。避障环4为机器人本体1后退提供防撞保护，有效机器人本体1上的部件因碰撞等原因造成损坏，避障环4为电缆16拖拽力承接位置，有效防止电缆16因拖拽造成损坏及通信不畅。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，避障环4上设有压线装置5，电缆16穿设固定在压线装置5上。压线装置5包括第一固定板51和第二固定板52，两固定板贴合时，两固定板之间形成通孔53，电缆16通过第一固定板51和第二固定板52压设在通孔53内，对电缆16形成了固定的作用，防止电缆16因拖拽而造成通信不畅。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，避障环4和压线装置5通过锁扣装置6相连。锁扣装置6包括设在第一固定板51是的凹槽61，该凹槽61的开口处通过固定件62连接，固定件62为螺栓或插销。第一固定板51通过凹槽61卡在避障环4后，再通过螺栓或插销将第一固定板51锁紧在避障环4上。从而使压线装置5和避障环4形成连接。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，机器人本体1前部转动设有吊装环7，定向钻进抬升装置11转动设在吊装环7上。吊装环7通过螺栓转动可调节安装在机器人本体1上。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，驱动装置包括至少两个电机和至少四个驱动轮8，各电机和各驱动轮8分别设在机器人本体1两侧，两侧的驱动轮8在各电机的作用下形成差速驱动。两电机均选用国外大功率高扭矩驱动电机，该电机驱动锥齿轮传动机构、链轮链条传动机构旋转，进一步带动两侧驱动轮8转动行走。两电机采用独立控制，差速驱动，可实现机器人原地转弯。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，驱动轮8包括铝制主体，铝制主体的胎面填充有保护套81。保护套81为浇注PU、天然橡胶等材质，以提升产品的耐用性，增强抗腐蚀性和耐酸碱性。

本实施例中，作为上述技术方案的进一步改进，驱动轮8远离机器人本体1的一端端部倒有圆角82。通过驱动轮8端部的圆角82的弧形曲面，能够贴合管道的曲面。具体的，圆角82设在保护套81的端部，保护套81周面均匀分布有污泥导流槽，能够使驱动轮8在管道内滚动的过程中，将驱动轮8上的污泥排除，且具有防滑的作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种管道雷达检测机器人，其特征在于，包括机器人本体，所述机器人本体前部设有定向钻进抬升装置，所述定向钻进抬升装置上设有定向钻进旋转装置，所述定向钻进旋转装置上设有定向钻进摆动装置，所述定向钻进摆动装置上设有雷达装置和摄像装置，所述机器人本体底部设有驱动装置；

所述定向钻进抬升装置通过第一防水快速插拔航空插头插座电性插设在机器人本体上；

所述雷达装置和摄像装置分别通过第二防水快速插拔航空插头插座电性插设在机器人本体上，所述机器人本体上电性连有电缆，所述电缆电性连有控制系统。

2.根据权利要求1所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述机器人本体内填充有惰性气体，所述机器人本体内设有气压传感器，所述气压传感器通过电缆和控制系统电性相连。

3.根据权利要求1所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述机器人本体内设有倾角传感器，所述倾角传感器通过电缆和控制系统电性相连。

4.根据权利要求1所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述机器人本体后部设有避障环。

5.根据权利要求4所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述避障环上设有压线装置，所述电缆穿设固定在压线装置上。

6.根据权利要求5所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述避障环和压线装置通过锁扣装置相连。

7.根据权利要求6所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述压线装置包括第一固定板和第二固定板，两固定板贴合时，两固定板之间形成通孔，所述线缆通过第一固定板和第二固定板压设在通孔内。

8.根据权利要求1至7任一项所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述机器人本体上转动设有吊装环。

9.根据权利要求1至7任一项所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述驱动装置包括至少两个电机和至少四个驱动轮，各电机和各驱动轮分别设在机器人本体两侧，两侧的驱动轮在各电机的作用下形成差速驱动；

所述驱动轮包括铝制主体，所述铝制主体的胎面填充有保护套，所述驱动轮远离机器人本体的一端端部倒有有圆角。

10.根据权利要求1至7任一项所述的管道雷达检测机器人，其特征在于，所述定向钻进抬升装置包括传动相连的四连杆机构和第一电机，四连杆机构的一端连接在机器人本体上，第一电机通过第一防水快速插拔航空插头插座电性插设在机器人本体上；

所述定向钻进旋转装置包括传动相连的行星齿轮机构和第二电机，第二电机设在四连杆机构上，第二电机和机器人本体电性相连；

所述定向钻进摆动装置包括传动相连的蜗轮蜗杆机构和第三电机，第三电机设在行星齿轮机构的输出端，第三电机和机器人本体电性相连。

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