CN113090862A - 一种货轮管道自适应探测机器人 - Google Patents

一种货轮管道自适应探测机器人 Download PDF

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唐荻
蒋书贤
郭镇洋
蒋梦龙
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Abstract

本发明公开了一种货轮管道自适应探测机器人，属于货轮管道系统探测领域，包括机器人主体，机器人主体分为两部分且均包括变径机构、弯道适应机构、附壁轮、第一动力装置、第二动力装置，所述机器人主体设有摄像头云台、通讯电缆以及控制模块；所述机器人主体分为相互对称的且结构相同的两段，且机器人主体的中间由弯道适应机构连接，所述通讯电缆固定在机器人主体的尾部，所述摄像头云台安装于机器人主体的前端；本发明通过变径机构、弯道适应机构、驱动轮、第一动力装置、第二动力机构、摄像头云台、通讯电缆以及控制模块的设置能够在竖直、水平、倾斜、弯曲的管道内部移动，并通过搭载于机器人上的摄像头，提供清晰图像。

Description

一种货轮管道自适应探测机器人
技术领域
本发明涉及货轮管道系统探测技术领域，尤其涉及一种货轮管道自适应探测机器人。
背景技术
目前，我国船舶行业飞速发展，管路系统在船舶的燃油的输送和排水排气方面发挥着不可替代的作用，成为船舶系统中不可或缺的一部分。远洋货轮常年航行，管道内运输着船舶需要的燃油，锅炉中的废气，甚至是化学品等特殊介质，这些管道在长期使用的过程中常常会受管内输送物质和管外环境的双重影响，从而发生腐蚀、漏孔、老化等一系列的问题。
在造船行业中，管道系统错综复杂，存在较多的弯曲、竖直、倾斜、变径等情况，传统的检查手段难以对管道内部进行无死角的高效检查。另外在其他行业运用的管道机器人大多数只适用于水平管道的探测，因此本发明在此提出一种货轮管道自适应探测机器人。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种货轮管道自适应探测机器人。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种货轮管道自适应探测机器人，包括机器人主体，所述机器人主体分为两部分且均包括变径机构、弯道适应机构、附壁轮、驱动变径机构的第一动力装置、驱动附壁轮的第二动力装置，所述机器人主体设有摄像头云台、通讯电缆以及控制模块；
所述机器人主体分为相互对称的且结构相同的两段，且机器人主体的中间由弯道适应机构连接，所述通讯电缆固定在机器人主体的尾部，所述摄像头云台安装于机器人主体的前端；
所述变径机构包括联轴器、多个第一摇杆、多个第二摇杆，铰支座固定孔集成块、丝杆以及丝杆滑块，所述丝杆一端由铰支座固定孔集成块安装于机器人主体的固定孔内，且位于机器人主体的轴心处，另一端由联轴器与第一动力装置连接，所述丝杆滑块与丝杆螺纹配合，且与丝杆各方向上的第一摇杆铰接，所述铰支座固定孔集成块与多个第二摇杆铰接，丝杆各方向上的所述第一摇杆与第二摇杆的中部铰接；
所述摄像头云台包括第一舵机、第二舵机、摄像头，所述第一舵机固定在机器人主体上，所述第二舵机固定于第一舵机的轴翼上，所述摄像头固定于第二舵机的轴翼上。
进一步地，所述弯道适应机构包括若干根弹簧，每根弹簧的首尾分别固定在两侧的机器人主体上。
进一步地，所述第一动力装置为直流电机，所述直流电机的输出轴与联轴器连接，从而驱动丝杆的旋转，当丝杆旋转时，滑块在丝杆上移动。
进一步地，所述的附壁轮通过轴承安装于变径机构中第二摇杆的末端，所述第二动力装置为轮毂电机，安装于附壁轮的内部。
进一步地，所述通讯电缆的一头与机器人主体连接，另一头与地面计算机连接，用于为机器人供电与信号传输。
进一步地，所述控制模块位于机器人主体上，包括STM32F407VET6，ARM Cortex-M4内核芯片控制器、L298N电机驱动模块，所述L298N电机驱动模块、摄像头分别与控制器相连接，直流电机、轮毂电机、第一舵机、第二舵机分别与L298N电机驱动模块相连接。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的机器人可在水平、竖直和倾斜管道内数顺利的移动，可保证其自身姿态的稳定，具体通过附壁轮的转动带动机器人的运动。
2、本发明中变径机构与其他机构的配合可以使机器人顺利通过两种不同口径管道的连接处，弯道适应机构使机器人能够顺利通过弯曲管道。
3、本机器人能够满足货轮等中非大口径、非远距的复杂多变管道系统内部检查的需求，使这种检查过程仅仅需要1至2个检查员就可以完成，机器人可以在检查员的操控下前往管道系统的各个角落，进行无死角检查。
综上所述，本发明通过变径机构、弯道适应机构、驱动轮、第一动力装置、第二动力机构、摄像头云台、通讯电缆以及控制模块的设置能够在竖直、水平、倾斜、弯曲的管道内部移动，并通过搭载于机器人上的摄像头，提供清晰图像。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的一种货轮管道自适应探测机器人的前视图；
图2为本发明提出的一种货轮管道自适应探测机器人的后视图；
图3为本发明中变径机构的结构示意图。
图中：1机器人主体、2弹簧、3通讯电缆、4直流电机、5丝杆、6丝杆滑块、7铰支座固定孔集成块、8第一摇杆、9第二摇杆、10附壁轮、11第一舵机、12第二舵机、13摄像头。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
参照图1-3，一种货轮管道自适应探测机器人，包括机器人主体1，机器人主体1分为两部分且均包括变径机构、弯道适应机构、附壁轮10、驱动变径机构的第一动力装置、驱动附壁轮10的第二动力装置，机器人主体1设有摄像头云台、通讯电缆3以及控制模块；
机器人主体1分为相互对称的且结构相同的两段，且机器人主体1的中间由弯道适应机构连接，通讯电缆3固定在机器人主体1的尾部，摄像头云台安装于机器人主体1的前端；
变径机构包括联轴器、多个第一摇杆8、多个第二摇杆9，铰支座固定孔集成块7、丝杆5以及丝杆滑块6，丝杆5一端由铰支座固定孔集成块7安装于机器人主体1的固定孔内，且位于机器人主体1的轴心处，另一端由联轴器与第一动力装置连接，丝杆滑块6与丝杆5螺纹配合，且与丝杆5各方向上的第一摇杆8铰接，铰支座固定孔集成块7与多个第二摇杆9铰接，丝杆5各方向上的第一摇杆8与第二摇杆9的中部铰接；
摄像头云台包括第一舵机11、第二舵机12、摄像头13，第一舵机11固定在机器人主体1上，第二舵机12固定于第一舵机11的轴翼上，摄像头13固定于第二舵机12的轴翼上。
进一步地，弯道适应机构包括若干根弹簧2，每根弹簧2的首尾分别固定在两侧的机器人主体1上。
进一步地，第一动力装置为直流电机4，直流电机4的输出轴与联轴器连接，从而驱动丝杆5的旋转，当丝杆5旋转时，滑块在丝杆5上移动。
进一步地，通讯电缆3的一头与机器人主体1连接，另一头与地面计算机连接，用于为机器人供电与信号传输。
所述的附壁轮10通过轴承安装于变径机构中第二摇杆9的末端，所述第二动力装置为轮毂电机，安装于附壁轮10的内部。
进一步地，控制模块位于机器人主体1上，包括STM32F407VET6，ARM Cortex-M4内核芯片控制器、L298N电机驱动模块，L298N电机驱动模块、摄像头13分别与控制器相连接，直流电机、轮毂电机、第一舵机11、第二舵机12分别与L298N电机驱动模块相连接。
本发明的工作原理及使用流程：
1、水平管道
当机器人在水平管道内运动时，附壁轮10无需支撑于管道内壁，因此丝杆5正转，变径机构收缩，机器人的前段与后段各有两个附壁轮10与管道内壁接触，此时机器人就如小车一样，实现在管道内的前进、后退与转弯。
2、变径管道
当机器人运动至两种不同口径的管道交接处时，若机器人本来在水平管道内以非附壁的状态运行，则首先将前进速度调整至较慢状态，然后丝杆5反转直至所有附壁轮10全都依附于管道内壁。
2.1进入小径管道
前段变径机构的丝杆5正转，使前段机构径向收缩至略小于前方管道的直径，后段附壁轮10缓慢转动，驱动机器人向前运动，在前段主体进入小径管道后，前段变径机构的丝杆5反转，使轮子依附于管道内壁。
相似的，后段变径机构的丝杆5正转，使后段机构径向收缩至小于前方管道的直径，在后段主体进入小径管道后，丝杆5反转，使后方的附壁轮10依附于管道内壁。
2.2进入大径管道
在机器人前段主体进入大径管道后，前段变径机构的丝杆5反转，前段机构径向展开，使轮子依附于前方管道内壁。
机器人向前运动，在后段主体进入大径管道后，后段变径机构的丝杆5反转，后段机构径向展开，使附壁轮10依附于管道内壁。
3、弯曲管道
当机器人将要通过弯曲管道时，前段变径机构的丝杆5正转，使前段机构径向略微收缩，使前段外径略小于管道内径，随后后段机构的附壁轮10驱动机器人前进。前段机器人触碰弯曲管道，此时前段机构的附壁轮10用作滚动轮，是机器人前段沿管道弯曲方向前进，弯道适应机构弯曲。
在前段机器人通过弯曲管道后，前段变径机构的丝杆5反转，使前方的附壁轮10依附于管道内壁。后段变径机构丝杆5正转，使后段机构径向略微收缩，使前段外径略小于管道内径，前段附壁轮10驱动机器人前进。
在后段机器人通过弯曲管道后，后段变径机构的丝杆5反转，是后方的附壁轮10依附于管道内壁。
4、云台控制
结合第一舵机11和第二舵机12的自由度，摄像头13可以指向机器人前端的所有角度，保证了无死角的探测。第一舵机11轴的转动可以改变摄像头13的俯仰角度，第二舵机12轴的转动可以改变摄像头13的左右摆动角度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种货轮管道自适应探测机器人，包括机器人主体(1)，其特征在于，所述机器人主体(1)分为两部分且均包括变径机构、弯道适应机构、附壁轮(10)、驱动变径机构的第一动力装置、驱动附壁轮(10)的第二动力装置，所述机器人主体(1)设有摄像头云台、通讯电缆(3)以及控制模块；
所述机器人主体(1)分为相互对称的且结构相同的两段，且机器人主体(1)的中间由弯道适应机构连接，所述通讯电缆(3)固定在机器人主体(1)的尾部，所述摄像头云台安装于机器人主体(1)的前端；
所述变径机构包括联轴器、多个第一摇杆(8)、多个第二摇杆(9)，铰支座固定孔集成块(7)、丝杆(5)以及丝杆滑块(6)，所述丝杆(5)一端由铰支座固定孔集成块(7)安装于机器人主体(1)的固定孔内，且位于机器人主体(1)的轴心处，另一端由联轴器与第一动力装置连接，所述丝杆滑块(6)与丝杆(5)螺纹配合，且与丝杆(5)各方向上的第一摇杆(8)铰接，所述铰支座固定孔集成块(7)与多个第二摇杆(9)铰接，丝杆(5)各方向上的所述第一摇杆(8)与第二摇杆(9)的中部铰接；
所述摄像头云台包括第一舵机(11)、第二舵机(12)、摄像头(13)，所述第一舵机(11)固定在机器人主体(1)上，所述第二舵机(12)固定于第一舵机(11)的轴翼上，所述摄像头(13)固定于第二舵机(12)的轴翼上。
2.根据权利要求1所述的管道自适应探测机器人，其特征在于：所述弯道适应机构包括若干根弹簧(2)，每根弹簧(2)的首尾分别固定在两侧的机器人主体(1)上。
3.根据权利要求1所述的管道自适应探测机器人，其特征在于：所述第一动力装置为直流电机(4)，所述直流电机(4)的输出轴与联轴器连接。
4.根据权利要求1所述的管道自适应探测机器人，其特征在于：所述的附壁轮(10)通过轴承安装于变径机构中第二摇杆(9)的末端，所述第二动力装置为轮毂电机，安装于附壁轮(10)的内部。
5.根据权利要求1所述的管道自适应探测机器人，其特征在于：所述通讯电缆(3)的一头与机器人主体(1)连接，另一头与地面计算机连接，用于为机器人供电与信号传输。
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