CN111895217B - 一种自组网络的管道数据采集机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自组网络的管道数据采集机器人，包括主机体和安装在主机体内的自组网络单元；所述自组网络单元包括执行组件和供给组件；所述执行组件包括从上到下依次连接的第一电机、伸缩机构和载物仓；所述供给组件包括储物仓和推动机构；所述储物仓为单列叠储。实现了机器人在行进过程中能够在管道内壁上多点安放传递信号的通信模块，多个该通信模块组成自主多跳网络，加强机器人在远距离探测时，管道深处复杂环境中的信号清晰度，能够实时将最前端机器人采集到的信息传递达到地面控制终端。

Description

一种自组网络的管道数据采集机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种自组网络的管道数据采集机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。

现有技术中公告号CN109611640A的发明专利公开了“一种管道机器人”，该技术方案包括支架单元和行走单元，其特征在于：所述支架单元包括正三棱柱状主体支架、连接支架和底部支架，所述行走单元包括三个以正三棱柱状主体支架中轴线为中心沿圆周方向均匀间隔分布的三组履带轮，所述履带轮安装于底部支架，三棱柱主体支架经连接支架与底部支架相连接，连接支架一端与三棱柱主体支架相铰接，三棱柱主体支架另一端与底部支架相铰接，连接支架与主体支架之间设有电动推杆，电动推杆一端与主体支架相铰接，电动推杆另一端与连接支架中部相铰接。

但是，上述“一种管道机器人”在实际使用过程中仍存在以下不足：

无法在探测过程中自己组建传输网络，管道环境复杂，探测距离远，如果管道机器人进入管道深处探测时，无线信号衰减较大，地面监控终端无法实时接收信息并进行控制。

基于此，申请人考虑设计一种可携带并回收无线通信模块的数据采集机器人。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种自组网络的管道数据采集机器人。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

包括主机体和安装在主机体内的自组网络单元；所述自组网络单元包括执行组件和供给组件；

所述执行组件包括从上到下依次连接的第一电机、伸缩机构和载物仓；所述主机体内设有一控制腔，所述第一电机安装在控制腔顶面，第一电机的转轴朝下设置并同轴连接有一第一螺杆；所述伸缩机构竖直设置，并与第一螺杆螺纹连接；所述伸缩机构底部连接有一固定架，固定架上安装有第二电机，所述载物仓与第二电机的转轴传动连接。

所述供给组件包括储物仓和推动机构；所述储物仓为单列叠储式，储物仓顶端与控制腔顶面相连，储物仓底端与控制腔底面相连；储物仓底部靠近载物仓的侧壁上开设有一输送口，储物仓底部远离载物仓的侧壁上开设有一推料口；所述推动机构包括气缸，所述气缸对应推料口的位置安装在控制腔内，且气缸的推杆可通过推料口向储物仓内伸缩移动。

同现有技术相比，本发明一种自组网络的管道数据采集机器人具有的优点是：

通过设置在主机体内部的执行组件和供给组件，实现了机器人在行进过程中能够在管道内壁上多点安放传递信号的通信模块，使得多个通信模块组成自主多跳网络，加强机器人在远距离探测时，管道深处复杂环境中的信号清晰度，能够实时将最前端机器人采集到的信息传递达到地面控制终端。

上述一种自组网络的管道数据采集机器人具有结构简单，易于实施的优点，适合在现有的管道检测使用，且运行使用的成本较低，能够提高使升效益。

附图说明

图1为本发明的结构轴测图；

图2为本发明的结构正视图；

图3为本发明的结构右视图；

图4为本发明的结构俯视图；

图5为图2中AA的剖视图；

图6为图5中伸缩机构伸长并放置定位件的结构示意图；

图7为图5中B的局部放大图；

图8为图6中伸缩机构的放大图；

图9为图8中CC的剖视图；

图10为将定位件进行局部剖视后的放大图；

图11为磁吸杆的剖视放大图；

图12为图5中滚轮组件的放大图。

附图标记说明

主机体100

第一电机210

载物仓230

第一螺杆211

固定架231

第二电机232

储物仓310

气缸320

定位件400

黏性软胶410

第一电磁线圈420

干簧管430

吸盘440

磁吸杆500

第二电磁线圈510

第一伸缩杆221

第二伸缩杆222

第三电机222a

第二螺杆222b

丝杠电机610

传动丝杠620

连杆640

丝杠螺母650

第一缓冲杆631

第二缓冲杆632

弹簧633

驱动仓710

驱动电机720

传动齿轮730

主滚轮741

副滚轮742

履带750

温湿传感器810

气压传感器820

电源910

单片机920

WIFI模块930

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：如图1至图12所示，一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：包括主机体100和安装在主机体100内的自组网络单元；所述自组网络单元包括执行组件和供给组件；

所述执行组件包括从上到下依次连接的第一电机210、伸缩机构和载物仓230；所述主机体100内设有一控制腔，所述第一电机210安装在控制腔顶面，第一电机210的转轴朝下设置并同轴连接有第一螺杆211；所述伸缩机构竖直设置，并与第一螺杆211螺纹连接；所述伸缩机构底部连接有一固定架231，固定架231上安装有第二电机232，所述载物仓230与第二电机232的转轴传动连接；

所述供给组件包括储物仓310和推动机构；所述储物仓310为单列叠储式，储物仓310顶端与控制腔顶面相连，储物仓310底端与控制腔底面相连；储物仓310底部在靠近载物仓230的侧壁上开设有一输送口，储物仓310底部远离载物仓230的侧壁上开设有一推料口；所述推动机构包括气缸320，所述气缸320对应推料口的位置安装在控制腔内，且气缸320的推杆可通过推料口向储物仓310内伸缩移动。

实施时，所述控制腔底面开设有一连通外界的伸缩口，所述第一电机210对应伸缩口的位置安装在控制腔顶面；所述执行组件可沿伸缩口上下移动。

同现有技术相比，本发明一种自组网络的管道数据采集机器人具有的优点是：

通过设置在主机体100内部的执行组件和供给组件，实现了机器人在行进过程中能够在管道内壁上多点安放传递信号的通信模块，多个该通信模块组成自主多跳网络，加强机器人在远距离探测时，管道深处复杂环境中的信号清晰度，能够实时将最前端机器人采集到的信息传递达到地面控制终端。

上述一种自组网络的管道数据采集机器人具有结构简单，易于实施的优点，适合在现有的管道检测使用，且运行使用的成本较低，能够提高使升效益。

其中，所述自组网络单元还包括通信模块；所述通信模块包括定位件400；所述定位件400有多个，每个定位件400从下往上依次叠设在储物仓310内。

定位件400是机器人通过执行组件和供给组件安放在管道内壁上的装置。

这样一来，由于储物仓310为单列叠储式，使得处于最下方的定位件400可在气缸320的推杆推动下移动至载物仓230内，方便快捷的实现载物仓230的上料。

其中，所述定位件400内安装有CC2530芯片，定位件400外部包裹有黏性软胶410；所述定位件400顶部绕接有第一电磁线圈420，第一电磁线圈420上串联有干簧管430，定位件400底部设有吸盘440。

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。

实施时，用TPE或TPR材料制成黏性软胶410；干簧管430是一种磁簧开关，它是一个通过所施加的磁场操作的电开关；定位件400内设有纽扣电池，纽扣电池可在短时间内对第一电磁线圈420进行供电。

这样一来，第一电磁线圈420就可以通过干簧管430来控制启闭，当有磁场靠近干簧管430时，电路闭合，第一电磁线圈420导通，从而使得第一电磁线圈420自身产生磁场。

其中，所述自组网络单元还包括回收组件；所述回收组件包括磁吸杆500；所述磁吸杆500安装在主机体100前侧壁底部，所述磁吸杆500内绕接有多个第二电磁线圈510。

实施时，磁吸杆500横向设置，每个第二电磁线圈510均竖向的设置在磁吸杆500内。

这样一来，磁吸杆500通过第二电磁线圈510来产生磁力，当机器人探测完成后延原路径返回时，控制开启第二电磁线圈510，使第二电磁线圈510产生磁性，当磁吸杆500经过对应定位件400的管道位置时，就会触发定位件400上的干簧管430闭合，从而使定位件400上的第一电磁线圈420导通产生磁力，以此使带有第一电磁线圈420的定位件400被带有第二电磁线圈510的磁吸杆500吸走回收。

其中，所述伸缩机构包括第一伸缩杆221和第二伸缩杆222；

所述第一伸缩杆221内设有开口向上的传动腔，传动腔内壁上设有螺纹，第一伸缩杆221通过传动腔上的螺纹与第一螺杆211传动连接；传动腔底面开设有上下贯通的螺纹孔；

所述第二伸缩杆222内设有开口向上的空腔，并通过空腔可上下移动的套设在第一螺杆211上；第二伸缩杆222在空腔下方设有第三电机222a，第三电机222a的转轴贯穿至空腔内，并同轴连接有第二螺杆222b，第二螺杆222b与螺纹孔传动连接；所述第一螺杆211内对应第二螺杆222b的位置设有开口向下的容纳腔。

实施时，控制腔内设有一限位杆，第一伸缩杆221顶部设有一滑动块，第一伸缩杆221通过滑动块与限位杆滑动连接。

伸缩过程：第一电机210带动第一螺杆211转动，第一螺杆211通过螺纹带动第一伸缩杆221上下的移动，第三电机222a带动第二螺杆222b转动；第二螺杆222b通过与螺纹孔的传动配合使第二伸缩杆222与第一伸缩杆221产生竖直方向上的相对运动，以此使得第二伸缩杆222可相对第一伸缩杆221进行伸长；第二电机232带动载物仓230进行旋转，载物仓230的载物口与输送口连通时是上料状态，载物仓230的载物口朝向管壁时是下料状态。

其中，还包括行走单元；所述行走单元包括变径组件和滚轮组件；

所述变径组件包括丝杠电机610、传动丝杠620、缓冲支撑杆和连杆640；所述主机体100内还设有变径腔；所述丝杠电机610横向的设于变径腔一侧壁上；所述传动丝杠620一端与丝杠电机610的转轴同轴连接，另一端与变径腔另一侧壁转动连接，所述传动丝杠620上传动连接有一丝杠螺母650；所述缓冲支撑杆一端铰接于主机体100外侧壁上，另一端与滚轮组件相连；所述连杆640一端与缓冲支撑杆的杆壁铰接，另一端贯穿主机体100进入变径腔内与丝杠螺母650铰接。

实施时，缓冲支撑杆有两个，两个缓冲支撑杆与主机体100和滚轮组件组成平行四边形结构，以此来便捷的改变滚轮组件相对主机体100的垂直距离；两个缓冲支撑杆的支撑稳定性也更高。

这样一来，变径结构简单，变径过程快，而且在遇到一些凹凸不平的地方还能通过缓冲支撑杆减少瞬时径变对主机体100的冲击

其中，所述缓冲支撑杆包括第一缓冲杆631和第二缓冲杆632；所述第一缓冲杆631一端铰接于主机体100外侧壁上，另一端与第二缓冲杆632一端滑动连接；第一缓冲杆631与第二缓冲杆632之间连接设有弹簧633；所述第二缓冲杆632另一端与滚轮组件铰接。

实施时，第二缓冲杆632内开设有滑动腔，并通过滑动腔套设在第一缓冲杆631上；弹簧633套设于第一缓冲杆631上，且一端与第一缓冲杆631的外壁连接，另一端与第二缓冲杆632滑动腔的开口端连接；

连杆640一端与第二缓冲杆的杆壁铰接，另一端贯穿主机体100进入变径腔内与丝杠螺母650铰接。

这样一来，第二缓冲杆632相对第一缓冲杆631的滑动更稳定，而且也不易产生因为弹簧弯曲而导致的摩擦力增加的情况。

其中，所述滚轮组件包括驱动仓710、驱动电机720、传动齿轮730和滚轮；所述驱动仓710与第二缓冲杆632相铰接；所述驱动电机720和传动齿轮730均设于驱动仓710内，驱动电机720的转轴上连接有小齿轮；所述传动齿轮730与小齿轮啮合；所述滚轮包括设于驱动仓710外的主滚轮741和副滚轮742，主滚轮741在驱动仓710内的轴承上设有齿轮环，齿轮环与传动齿轮730相啮合；所述主滚轮741和副滚轮742之间通过履带750传动连接。

实施时，主滚轮741和和副滚轮742上都设有齿廓，履带750通过齿廓将主滚轮741上的动力传递到副滚轮742上。

这样一来，履带750不仅能够越过管道内一些凹凸不平的地方，同时摩擦力高，稳定性好，而且只用一个电机，减少了驱动成本。

其中，还包括数据采集单元；所述数据采集单元包括温湿传感器810和气压传感器820；所述温湿传感器810和气压传感器820均设于控制腔内，且温湿传感器810和气压传感器820的检测棒均贯穿至主机体100外。

这样一来，温湿传感器810能测量机器人所在管道位置的温度和湿度，气压传感器820能测量机器人所在管道位置的气压变化。

其中，还包括控制传输单元；所述控制传输单元包括电源910、单片机920和WIFI模块930；所述电源910、单片机920和WIFI模块930均安装在控制腔内；所述第一电机210、第二电机232、气缸320、第二电磁线圈510、第三电机222a、丝杠电机610、驱动电机720、温湿传感器810、气压传感器820和WIFI模块930均与单片机920电性连接。

实施时，第一电机210、第二电机232、气缸320、第二电磁线圈510、第三电机222a、丝杠电机610和驱动电机720均接收单片机920的信号控制；单片机920对气缸320、第一电机210、第三电机222a和第二电机232执行相关联的简单时序控制，单片机920对第二电磁线圈510、丝杠电机610和驱动电机720均执行独立控制。

温湿传感器810、气压传感器820和WIFI模块930均传输电信号给单片机920并接受单片机920的信号控制；温湿传感器810和气压传感器820采集的信息经单片机920的相关计算后通过WIFI模块930向外部工作人员传递信息；WIFI模块930还可将外部工作人员的操作指令电信号传递给单片机920来控制相关执行元件。

以上仅是本发明优选的实施方式，需指出的是，对于本领域技术人员在不脱离本技术方案的前提下，作出的若干变形和改进的技术方案应同样视为落入本权利要求书要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：包括主机体和安装在主机体内的自组网络单元；所述自组网络单元包括执行组件和供给组件；

所述执行组件包括从上到下依次连接的第一电机、伸缩机构和载物仓；所述主机体内设有一控制腔，所述第一电机安装在控制腔顶面，第一电机的转轴朝下设置并同轴连接有第一螺杆；所述伸缩机构竖直设置，并与第一螺杆螺纹连接；所述伸缩机构底部连接有一固定架，固定架上安装有第二电机，所述载物仓与第二电机的转轴传动连接；

所述供给组件包括储物仓和推动机构；所述储物仓为单列叠储式，储物仓顶端与控制腔顶面相连，储物仓底端与控制腔底面相连；储物仓底部在靠近载物仓的侧壁上开设有一输送口，储物仓底部远离载物仓的侧壁上开设有一推料口；所述推动机构包括气缸，所述气缸对应推料口的位置安装在控制腔内，且气缸的推杆可通过推料口向储物仓内伸缩移动；

所述自组网络单元还包括通信模块；所述通信模块包括定位件；所述定位件有多个，每个定位件从下往上依次叠设在储物仓内。

2.根据权利要求1所述的一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：所述定位件内安装有CC2530芯片，定位件外部包裹有黏性软胶；所述定位件顶部绕接有第一电磁线圈，第一电磁线圈上串联有干簧管，定位件底部设有吸盘。

3.根据权利要求1所述的一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：所述自组网络单元还包括回收组件；所述回收组件包括磁吸杆；所述磁吸杆安装在主机体前侧壁底部，所述磁吸杆内绕接有多个第二电磁线圈。

4.根据权利要求3所述的一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：所述伸缩机构包括第一伸缩杆和第二伸缩杆；

所述第一伸缩杆内设有开口向上的传动腔，传动腔内壁上设有螺纹，第一伸缩杆通过传动腔上的螺纹与第一螺杆传动连接；传动腔底面开设有上下贯通的螺纹孔；

所述第二伸缩杆内设有开口向上的空腔，并通过空腔可上下移动的套设在第一螺杆上；第二伸缩杆在空腔下方设有第三电机，第三电机的转轴贯穿至空腔内，并同轴连接有第二螺杆，第二螺杆与螺纹孔传动连接；所述第一螺杆内对应第二螺杆的位置设有开口向下的容纳腔。

5.根据权利要求4所述的一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：还包括行走单元；所述行走单元包括变径组件和滚轮组件；

所述变径组件包括丝杠电机、传动丝杠、缓冲支撑杆和连杆；所述主机体内还设有变径腔；所述丝杠电机横向的设于变径腔一侧壁上；所述传动丝杠一端与丝杠电机的转轴同轴连接，另一端与变径腔另一侧壁转动连接，所述传动丝杠上传动连接有一丝杠螺母；所述缓冲支撑杆一端铰接于主机体外侧壁上，另一端与滚轮组件相连；所述连杆一端与缓冲支撑杆的杆壁铰接，另一端贯穿主机体进入变径腔内与丝杠螺母铰接。

6.根据权利要求5所述的一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：所述缓冲支撑杆包括第一缓冲杆和第二缓冲杆；所述第一缓冲杆一端铰接于主机体外侧壁上，另一端与第二缓冲杆一端滑动连接；第一缓冲杆与第二缓冲杆之间连接设有弹簧；所述第二缓冲杆另一端与滚轮组件铰接。

7.根据权利要求6所述的一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：所述滚轮组件包括驱动仓、驱动电机、传动齿轮和滚轮；所述驱动仓与第二缓冲杆相铰接；所述驱动电机和传动齿轮均设于驱动仓内，驱动电机的转轴上连接有小齿轮；所述传动齿轮与小齿轮啮合；所述滚轮包括设于驱动仓外的主滚轮和副滚轮，主滚轮在驱动仓内的轴承上设有齿轮环，齿轮环与传动齿轮相啮合；所述主滚轮和副滚轮之间通过履带传动连接。

8.根据权利要求7所述的一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：还包括数据采集单元；所述数据采集单元包括温湿传感器和气压传感器；所述温湿传感器和气压传感器均设于控制腔内，且温湿传感器和气压传感器的检测棒均贯穿至主机体外。

9.根据权利要求8所述的一种自组网络的管道数据采集机器人，其特征在于：还包括控制传输单元；所述控制传输单元包括电源、单片机和WIFI模块；所述电源、单片机和WIFI模块均安装在控制腔内；所述第一电机、第二电机、气缸、第二电磁线圈、第三电机、丝杠电机、驱动电机、温湿传感器、气压传感器和WIFI模块均与单片机电性连接。

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