CN112128512A - 管道机器人及管道巡检设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于机器人设备技术领域，尤其涉及一种管道机器人及管道巡检设备。管道机器人包括主机体、视觉模组、驱动模组和控制模组，视觉模组设置于主机体，驱动模组包括两驱动电机和分别转动设置于主机体两侧的驱动轮组，两驱动电机分别和两驱动轮组传动连接，驱动轮组的各个驱动轮之间通过位于主机体外侧的传动件传动连接，视觉模组、驱动电机和控制模组均和电插接件相连接。这样传动件不会占用主机体内部空间，从而使得管道机器人的整体尺寸能够做的更小，使其适于较小管径的沟渠管道，如此本申请实施例的管道机器人便能够在提升其行进动力和越障能力的同时，也实现了整体尺寸的小型化，进而能够在较小管径的沟渠管道内快速行进。

Description

管道机器人及管道巡检设备

技术领域

本申请属于机器人设备技术领域，尤其涉及一种管道机器人及管道巡检设备。

背景技术

伴随着社会的不断发展和我国对电的需求量不断增加，电缆网线铺设的规模也越来越大，电缆通常是铺设在预先设置好的沟渠内，在铺设电缆之前，需要对沟渠进行巡线作业，以及时获取沟渠是否存在崩塌或凹陷等缺陷。

目前，业内通常采用管道机器人对沟渠进行巡线作业，然而现有的巡线机器人体积较大，仅适合于管径较大的沟渠管道。而通过缩小机器人的尺寸使其适应管径较小的沟渠管道又会导致机器人动力降低，巡线效率和越障能力下降。

发明内容

本申请的目的在于提供一种管道机器人，旨在解决现有技术中的管道机器人伴随其尺寸缩小导致动力不足的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：

第一方面：提供了一种管道机器人，应用于沟渠管道作业，包括主机体、视觉模组、驱动模组和控制模组，所述视觉模组设置于所述主机体，并用于获取所述沟渠内部的影像资料，所述驱动模组包括两驱动电机和分别转动设置于所述主机体两侧的驱动轮组，两所述驱动电机均设置于所述主机体内并分别和两所述驱动轮组传动连接，所述驱动轮组的各个驱动轮之间通过位于所述主机体外侧的传动件传动连接，所述驱动电机和所述视觉模组均和所述控制模组电连接，所述主机体的尾部设置有用于和拖拽缆线相连接的电插接件，所述视觉模组、所述驱动电机和所述控制模组均和所述电插接件相连接。

可选地，所述驱动机构还包括支撑座、两第一伞齿轮、两第二伞齿轮和驱动主轴，所述支撑座设置于所述主机体内，两所述驱动电机均通过所述支撑座固定于所述主机体内，两所述第一伞齿轮分别套设固定于两所述驱动电机的驱动轴上，所述驱动主轴贯穿所述主机体的相对两侧设置，且所述驱动主轴的两端分别和位于所述主机体的相对两侧的两驱动轮相连接，两所述第二伞齿轮均套设于所述驱动主轴上，并分别与两所述第一伞齿轮相啮合。

可选地，所述传动件为同步带，所述驱动机构还包括两护板件，两护板件分别设置于所述主机体的两侧并分别罩设于对应的所述同步带。

可选地，所述控制模组包括核心板和两驱动器，两所述驱动器均和所述核心板电连接，且两所述驱动器分别和两所述驱动电机电连接，所述核心板分别通过两所述驱动器控制两所述驱动电机运行，所述视觉模组和所述电插接件均和所述核心板电连接。

可选地，所述控制模组还包括倾角传感器和位置传感器，所述倾角传感器和所述位置传感器均和所述核心板电连接。

可选地，所述视觉模组包括防水摄像头和固定座，所述固定座设置于所述主机体的上方或前端，所述防水摄像头固定于所述固定座上，并和所述核心板电连接。

可选地，所述管道机器人还包括散热模组，所述散热模组包括支架和散热板，所述散热支架设置于所述主机体内，并位于两所述驱动电机之间，所述散热板设置于所述支架上，并覆盖于两所述驱动电机，且两所述驱动器均设置于所述散热板上，所述散热板的边缘和所述主机体的内侧壁相抵接。

可选地，所述散热模组还包括至少一个散热器，所述散热器位于两所述驱动器之间且设置于所述散热板上，且与所述主机体的内顶壁相抵接。

可选地，所述驱动轮背向所述主机体的一侧型线为弧形线。

本申请的有益效果：本申请实施例提供的管道机器人，其具有主机体、视觉模组、驱动模组和控制模组。其工作时，装设于主机体上的视觉模组可实时获取沟渠管道内的影像资料，并将其通过插接于电插接件的拖拽缆线回传至外界设备，驱动模组的驱动电机则可在控制模组控制下向驱动轮组输送动力，使得管道机器人在沟渠管道内行进。而通过将驱动电机的数量设定两个，这样两驱动电机便可分别驱动位于主机体两侧的驱动轮组，从而实现管道机器人的至少四驱驱动功能，这样便显著提升了管道机器人的行进动力，而通过将驱动轮组间的传动件设置于主机体外侧，这样传动件便不会占用主机体内部空间，从而使得管道机器人的整体尺寸能够做的更小，使其适于较小管径的沟渠管道，如此本申请实施例的管道机器人便能够在提升其行进动力和越障能力的同时，也实现了整体尺寸的小型化，进而能够在较小管径的沟渠管道内快速行进。

第二方面：提供了一种管道巡检设备，包括显示屏和上述的管道机器人，所述显示屏和所述管道机器人的拖拽缆线电连接。

本申请实施例提供的管道巡检设备，其显示屏通过拖拽缆线和管道机器人的视觉模组相连，这样显示屏可实时显示出视觉模组所回传的影像资料，从而实现对管道内塌方凹陷等缺陷的直接获知，结合管道机器人的管径适应性和良好的动力输出特性，如此便提升了管道巡检设备对不同管径的管道的巡检效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的管道机器人的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的管道机器人的部分结构示意图一；

图3为本申请实施例提供的管道机器人的部分结构示意图二；

图4为本申请实施例提供的管道机器人的剖切视图；

图5为本申请实施例提供的管道机器人的部分结构示意图三。

其中，图中各附图标记：

10—主机体 11—电插接件 12—底壳

13—顶盖 20—视觉模组 21—防水摄像头

22—固定座 30—驱动模组 31—驱动电机

32—驱动轮组 33—驱动轮 34—支撑座

35—第一伞齿轮 36—第二伞齿轮 37—驱动主轴

38—护板件 39—传动件 40—控制模组

41—核心板 42—驱动器 50—散热模组

51—支架 52—散热板 53—散热器

60—防水垫 61—防水胶圈 331—铝合金轮毂

332—橡胶轮圈 391—同步带轮 392—从动轴。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1～5描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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。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申请中的具体含义。

如图1～3所示，本申请实施例提供了一种管道机器人，其可应用于沟渠管道作业，特别是沟渠管道巡检作业。管道机器人包括主机体10、视觉模组20、驱动模组30和控制模组40，视觉模组20设置于主机体10，并用于获取沟渠内部的影像资料，驱动模组30包括两驱动电机31和分别转动设置于主机体10两侧的驱动轮33驱动轮33组32，两驱动电机31均设置于主机体10内并分别和两驱动轮33驱动轮33组32传动连接，驱动轮33驱动轮33组32的各个驱动轮33之间通过位于主机体10外侧的传动件39传动连接，驱动电机31和视觉模组20均和控制模组40电连接，主机体10的尾部设置有用于和拖拽缆线相连接的电插接件11，视觉模组20、驱动电机31和控制模组40均和电插接件11相连接。

以下对本申请实施例提供的管道机器人作进一步说明：本申请实施例提供的管道机器人，其具有主机体10、视觉模组20、驱动模组30和控制模组40。其工作时，装设于主机体10上的视觉模组20可实时获取沟渠管道内的影像资料，并将其通过插接于电插接件11的拖拽缆线回传至外界设备，驱动模组30的驱动电机31则可在控制模组40控制下向驱动轮33驱动轮33组32输送动力，使得管道机器人在沟渠管道内行进。而通过将驱动电机31的数量设定两个，这样两驱动电机31便可分别驱动位于主机体10两侧的驱动轮33驱动轮33组32，从而实现管道机器人的至少四驱驱动功能，这样便显著提升了管道机器人的行进动力，而通过将驱动轮33驱动轮33组32间的传动件39设置于主机体10外侧，这样传动件39便不会占用主机体10内部空间，从而使得管道机器人的整体尺寸能够做的更小，使其适于较小管径的沟渠管道，如此本申请实施例的管道机器人便能够在提升其行进动力和越障能力的同时，也实现了整体尺寸的小型化，进而能够在较小管径的沟渠管道内快速行进。

在本申请的另一些实施例中，如图3所示，驱动机构还包括支撑座34、两第一伞齿轮35、两第二伞齿轮36和驱动主轴37，支撑座34设置于主机体10内，两驱动电机31均通过支撑座34固定于主机体10内，两第一伞齿轮35分别套设固定于两驱动电机31的驱动轴上，驱动主轴37贯穿主机体10的相对两侧设置，且驱动主轴37的两端分别和位于主机体10的相对两侧的两驱动轮33相连接，两第二伞齿轮36均套设于驱动主轴37上，并分别与两第一伞齿轮35相啮合。

具体地，通过在主机体10内设置支撑座34，这样两驱动电机31受到支撑座34的限位作用，能够更为稳固地设置于主机体10内。而支撑座34可设置于一体成型于主机体10的底部，这样可提升支撑座34与主机体10的连接稳固性，也便于支撑座34和主机体10快速生产制造，利于降低支撑座34和主机体10的制造成本。

可选地，支撑座34可设置于驱动电机31端头一侧，并固定驱动电机31的端头，比如可固定驱动电机31具有驱动轴的一端，驱动轴可穿过支撑座34延伸至外界，这样便实现支撑座34与驱动电机31装配关系的扁平化，如此虽会加长管道机器人的整体长度，但可降低管道机器人的整体高度，使其能够更适应较小的管道管径。

可选地，通过使得两第一伞齿轮35分别和两第二伞齿轮36啮合，这样便实现了驱动电机31和驱动主轴37之间动力传递机构的体积紧凑化和传递动力高效化，如此可进一步在提高传动效率的同时，实现对管道机器人整体尺寸的缩小。

可选地，支撑座34对应驱动主轴37通过路径的位置开设有供驱动主轴37穿过的过孔，驱动主轴37和过孔之间设置有轴承件，这样支撑座34也兼顾了对驱动主轴37的稳固支撑，从而在有限的主机体10内部空间中，最大程度的挖掘了支撑座34的多功能用途。

在本申请的另一些实施例中，如图4和图5所示，传动件39为同步带，驱动机构还包括两护板件38，两护板件38分别设置于主机体10的两侧并分别罩设于对应的同步带。具体地，通过将传动件39设计为同步带，这样可实现传动件39的结构简化，从而提升其使用可靠性并降低其空间占用率，而护板件38则通过罩设于同步带而使其免受外界沙石颗粒的影响，从而提升了管道机器人的使用可靠性。

示例性地，当传动件39为同步带时，与同步带相配套的还包括同步带轮391，驱动轮33除与驱动主轴37相连接的一对外，其余相对的驱动轮33之间均可通过从动轴392相连接，而同步带轮391可设置于从动轴392两端，且位于主机体10一侧的相邻的两同步带轮391之间均可套设有同步带。

在本申请的另一些实施例中，如图2所示，控制模组40包括核心板41和两驱动器42，两驱动器42均和核心板41电连接，且两驱动器42分别和两驱动电机31电连接，核心板41分别通过两驱动器42控制两驱动电机31运行，视觉模组20和电插接件11均和核心板41电连接。

具体地，控制模组40在工作时，核心板41可通过两驱动器42实现对两驱动电机31的有效控制，而通过两驱动器42实现对两驱动电机31的独立控制。比如，当管道机器人需要转弯时，核心板41即可通过两驱动器42分别向两驱动电机31输出运行和停止的指令，这样仅有单侧驱动电机31向单侧驱动轮33驱动轮33组32施加动力，另一侧驱动轮33驱动轮33组32则未被施加动力，这样能够使得管道机器人在短时间内完成小半径转弯，提升了其行进灵活性，当然，在本实施例中，驱动主轴37可为处于断开状态的两分段轴，以避免任一驱动电机31施加的驱动力同时作用于两侧的驱动轮33驱动轮33组32。

在本申请的另一些实施例中，控制模组40还包括倾角传感器和位置传感器，倾角传感器和位置传感器均和核心板41电连接。具体地，通过设置倾角传感器和位置传感器，这样使得控制模组40即可实时掌控管道机器人的整体姿态。比如，当倾角传感器回传信息显示管道机器人处于倾斜状态时，此时即可控制模组40即可控制驱动电机31增大输出动力，使得管道机器人拥有足够动力翻越棱台等凸起障碍，或者实现在倾斜管道的持续爬坡，而当位置传感器所回传的信息表明管道机器人的姿态处于左右倾斜状态时，此时即表明管道机器人处于管道斜壁位置，此时调整管道机器人行进方向使其回到管道底部位置或是降低管道机器人行进速度，如此可实现对管道机器人行进的智能化控制。

可选地，倾角传感器和位置传感器可设置于主机体10靠近视觉模组20的位置，比如可设置于对应的靠近视觉模组20的两驱动轮33之间，这样可更为准确地实现管道机器人整体姿态的判断。

在本申请的另一些实施例中，如图1所示，视觉模组20包括防水摄像头21和固定座22，固定座22设置于主机体10的上方或前端，防水摄像头21固定于固定座22上，并和核心板41电连接。

具体地，通过采用防水摄像头21，这样可避免管道内积水或滴水对摄像头造成的损害，而将防水摄像头21固定于固定座22上，则可保证防水摄像头21的安装稳固性。可选地，防水摄像头21周侧形成有至少一圈红外补光灯和LED照明灯，这样可使得摄像头在微光或无光条件下也能够拍摄到较为清晰的管道内显示影像以及红外辅助影像，这样结合显示影像以及红外辅助影像便能够更为准确地判断和标定出管道内的缺陷位置。

在本申请的另一些实施例中，如图2所示，管道机器人还包括散热模组50，散热模组50包括支架51和散热板52，散热支架51设置于主机体10内，并位于两驱动电机31之间，散热板52设置于支架51上，并覆盖于两驱动电机31，且两驱动器42均设置于散热板52上，散热板52的边缘和主机体10的内侧壁相抵接。

具体地，通过将支架51设置于两驱动电机31之间，这样尽可能地利于主机体10内的空间，从而降低主机体10的整体尺寸。同时，设置于两驱动电机31之间的支架51也起到了对驱动电机31的分隔和定位空间，一方面使得两驱动电机31具有足够的散热空间，另一方面也进一步实现了对两驱动电机31在主机体10内的稳固限位。

可选地，通过将散热板52覆盖于两驱动电机31上，这样两驱动电机31所散发的热量便能够大部分被散热板52所吸收并通过主机体10的外壳逸散至外界，从而实现了对两驱动电机31所产生热量的高效散热。

而通过将两驱动器42也设置于散热板52上，这样其所产生的热量便也能够通过散热板52排散至外界，如此通过设置单一的散热板52便实现了对驱动电机31和驱动器42的兼顾散热，这样便在保证散热性能的同时，也简化了主机体10内部结构，实现了管道机器人的极简架构，有利于其整体尺寸的降低和动力性能的提升。

可选地，散热板52可为铝合金板，这样一方面使得散热板52具有良好的散热性能，另一方面也能够降低散热板52的整体重量，从而提升管道机器人的动力表现。

在本申请的另一些实施例中，如图2所示，散热模组50还包括至少一个散热器53，散热器53位于两驱动器42之间且设置于散热板52上，且与主机体10的内顶壁相抵接。具体地，通过进一步在散热板52上设置散热器53，这样可利用两驱动器42之间的剩余装配空间，一方面通过散热器53实现对两驱动器42的装配位置的限位，另一方面可进一步将驱动器42和散热板52的部分热量通过主机体10的内顶面传导至外界，从而在充分利用主机体10内装配空间的基础上，进一步提升了散热性能。

在本申请的另一些实施例中，如图1和图4所示，驱动轮33背向主机体10的一侧型线为弧形线。具体地，通过使得驱动轮33背向主机体10的一侧型线为弧形线，这样驱动轮33便可实现对管道内具有弧形的底面的有效适应，从而提升了管道机器人对不同管道底部的适应性。

其中，驱动轮33由铝合金轮毂331和橡胶轮圈332组成，铝合金轮毂331通过键槽安装在驱动主轴37的一端，而橡胶轮圈332则通过螺栓固定于铝合金轮毂331外周。如此，通过设置铝合金轮毂331，这样一方面提升了驱动轮33的整体强度，另一方面也减轻了驱动轮33的整体重量。而橡胶轮圈332可实现较佳地滤震效果，使得管道机器人在管道内的行进更为稳定。

在本申请的另一些实施例中，如图3和图4所示，管道机器人还包括防水模组。具体地，防水模组包括防水胶圈61和防水垫60。其中，驱动主轴37和主机体10穿设配合的位置以及驱动轮33和主机体10穿设配合的位置均装设有防水胶圈61，而防水垫60则可设置于主机体10的底壳12与顶盖13连接的位置处，这样底壳12与顶盖13通过螺栓装配于一体时，防水垫60可夹设于底壳12与顶盖13之间，这样便全方位地实现了管道机器人的防水处理，使得管道机器人至少能够实现IP6级的防水效果。同理地，电插接件11也可以具体为防水航空插头，以进一步提升管道机器人的防水性能。

本申请实施例还提供了一种管道巡检设备，包括显示屏和上述的管道机器人，显示屏和管道机器人的拖拽缆线电连接。

本申请实施例提供的管道巡检设备，其显示屏通过拖拽缆线和管道机器人的视觉模组20相连，这样显示屏可实时显示出视觉模组20所回传的影像资料，从而实现对管道内塌方凹陷等缺陷的直接获知，结合管道机器人的管径适应性和良好的动力输出特性，如此便提升了管道巡检设备对不同管径的管道的巡检效率。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道机器人，应用于沟渠管道作业，其特征在于：包括主机体、视觉模组、驱动模组和控制模组，所述视觉模组设置于所述主机体，所述驱动模组包括两驱动电机和分别转动设置于所述主机体两侧的驱动轮组，两所述驱动电机均设置于所述主机体内并分别和两所述驱动轮组传动连接，所述驱动轮组的各个驱动轮之间通过位于所述主机体外侧的传动件传动连接，所述驱动电机和所述视觉模组均和所述控制模组电连接，所述主机体的尾部设置有用于和拖拽缆线相连接的电插接件，所述视觉模组、所述驱动电机和所述控制模组均和所述电插接件相连接。

2.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述驱动机构还包括支撑座、两第一伞齿轮、两第二伞齿轮和驱动主轴，所述支撑座设置于所述主机体内，两所述驱动电机均通过所述支撑座固定于所述主机体内，两所述第一伞齿轮分别套设固定于两所述驱动电机的驱动轴上，所述驱动主轴贯穿所述主机体的相对两侧设置，且所述驱动主轴的两端分别和位于所述主机体的相对两侧的两驱动轮相连接，两所述第二伞齿轮均套设于所述驱动主轴上，并分别与两所述第一伞齿轮相啮合。

3.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述传动件为同步带，所述驱动机构还包括两护板件，两护板件分别设置于所述主机体的两侧并分别罩设于对应的所述同步带。

4.根据权利要求1所述的管道机器人，其特征在于：所述控制模组包括核心板和两驱动器，两所述驱动器均和所述核心板电连接，且两所述驱动器分别和两所述驱动电机电连接，所述核心板分别通过两所述驱动器控制两所述驱动电机运行，所述视觉模组和所述电插接件均和所述核心板电连接。

5.根据权利要求4所述的管道机器人，其特征在于：所述控制模组还包括倾角传感器和位置传感器，所述倾角传感器和所述位置传感器均和所述核心板电连接。

6.根据权利要求4所述的管道机器人，其特征在于：所述视觉模组包括防水摄像头和固定座，所述固定座设置于所述主机体的上方或前端，所述防水摄像头固定于所述固定座上，并和所述核心板电连接。

7.根据权利要求4所述的管道机器人，其特征在于：所述管道机器人还包括散热模组，所述散热模组包括支架和散热板，所述散热支架设置于所述主机体内，并位于两所述驱动电机之间，所述散热板设置于所述支架上，并覆盖于两所述驱动电机，且两所述驱动器均设置于所述散热板上，所述散热板的边缘和所述主机体的内侧壁相抵接。

8.根据权利要求7所述的管道机器人，其特征在于：所述散热模组还包括至少一个散热器，所述散热器位于两所述驱动器之间且设置于所述散热板上，且与所述主机体的内顶壁相抵接。

9.根据权利要求1～8任一项所述的管道机器人，其特征在于：所述驱动轮背向所述主机体的一侧型线为弧形线。

10.一种管道巡检设备，其特征在于：包括显示屏和权利要求1～9任一项所述的管道机器人，所述显示屏和所述管道机器人的拖拽缆线电连接。

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