CN113246127A

CN113246127A - 一种水下管道巡检清理机器人

Info

Publication number: CN113246127A
Application number: CN202110552185.7A
Authority: CN
Inventors: 李淑明; 刘贤锋; 刘祎菡; 廖凯; 朱阳椿; 曹世蕾; 吴启浩; 左富林; 钟国铭; 钟鸣涛
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2041-05-20
Also published as: CN113246127B

Abstract

本发明公布了一种水下管道巡检清理机器人，它包括机器人本体、机械手和吸附物收集组件；机械手设置为自由度为的自由度机构，每个自由度上设置有舵机驱动，分别为第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机和第五舵机；第一舵机的下端通过底端支架、齿轮组件设置有夹爪，夹爪的上方设置有吸附物识别相机。本发明提供一种水下管道巡检清理机器人，设计巧妙，使用方便，能够沿着水下管道运动，有效地检测管道上的吸附物，并进行清理、移除、回收等，效率高，实用可靠。

Description

一种水下管道巡检清理机器人

技术领域

本发明涉及电缆运输技术领域，具体为一种水下管道巡检清理机器人。

背景技术

水下管道是敷设在江、河、湖、海的水下用来输送液体、气体或松散固体的管道。水下管道不受水深、地形等条件限制，输送效率高、耗能少。由于布置在水底，因而清理并检测其表面吸附物较困难。且水下管道上的吸附物种类很多，有些粘性很大，现有技术中的水下管道进行清理时，无法将清理、移除、回收同时进行，且效率低，因些需一种水下管道巡检清理机器人解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种水下管道巡检清理机器人，设计巧妙，使用方便，能够沿着水下管道运动，有效地检测管道上的吸附物，并进行清理、移除、回收等，效率高，实用可靠。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：它包括机器人本体、机械手和吸附物收集组件；机械手设置为自由度为的自由度机构，每个自由度上设置有舵机驱动，分别为第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机和第五舵机；第一舵机的下端通过底端支架、齿轮组件设置有夹爪，夹爪的上方设置有吸附物识别相机。

进一步的，第一舵机和第二舵机通过摇臂连接；第二舵机、第三舵机、第四舵机和第五舵机均设置在安装支架上，第二舵机和第三舵机通过第一安装支架连接，第三舵机和第四舵机通过第二安装支架和第一安装支架连接，第四舵机和第五舵机通过第二安装支架和第三安装支架连接，第五舵机的上端设置有第四安装支架与括机器人本体连接。

进一步的，齿轮组件包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮的另一端分别设置在夹爪的上方。

进一步的，机器人本体包括底板，底板上设置有电气盒体，电气盒体之间设置有连接方块；底板的两侧通过螺旋桨安装支架分别倾斜和垂直设置有螺旋桨，螺旋桨上设置有螺旋马达；底板的下端设置有管道识别相机。

进一步的，倾斜设置的螺旋桨设置在底板的四个角上，垂直设置的螺旋桨设置在底板中部。

进一步的，吸附物收集组件包括通过支撑架组件活动安装的收集网，收集网设置为前端开口式，且开口处设置有门；收集网内分别设置有抓取组件和铲松组件。

进一步的，抓取组件包括第一框体，第一框体内设置有防水电动推杆，防水电动推杆的伸缩端与活动块连接，活动块的下端设置有钩体。

进一步的，铲松组件包括第二框体，第二框体内设置有防水振动电机，防水振动电机设置在固定板上，固定板的下端设置有弹簧，弹簧的上端和下端分别通过定位销与固定板和定位块连接，定位块的下端设置为弧形，定位块的下端设置有多个铲松杆，铲松杆的下端设置有尖角，铲松杆的中部设置有圆柱体，圆柱体上设置有尖刺部。

进一步的，支撑架组件包括一组并排设置的竖杆，竖杆上设置有两组并排设置的横杆，收集网上设置有与横杆相适用的杆套；竖杆活动穿插在机器人本体的上端。

进一步的，门包括第一门体和第二门体，第一门体和第二门体设置为橡胶材质，且第一门体和第二门体的一端呈齿轮状交错设置；第一门体和第二门体通过螺钉设置在收集网的侧端。

本发明的有益效果：

1、本发明提供一种水下管道巡检清理机器人，设计巧妙，能够沿着水下管道运动，有效地检测管道上的吸附物，并进行清理、移除、回收等，效率高，实用可靠。

2、本发明利用图像处理技术，通过对管道与吸附物的拍摄图片进行处理使机器人执行相应的动作。本发明装置底部安装一个相机，通过底部相机识别管道，比较拍摄管道在图片中的位置大小角度，控制机器人移动。本发明通过物相的等比缩放原理计算出机器人与管道和吸附物的实际距离，再通过角度计算来控制机械臂接近吸附物，最后由舵机驱动齿轮结构来对吸附物完成清楚。

3、本发明中机械手为五自由度机构，每个自由度有一个舵机驱动，使机器人更加灵活可靠。在靠近夹爪的两舵机中间设置一个摆臂，通过摆臂扩大夹爪的工作空间，使机械手能够更灵活地抓取吸附物。机械手与机器人本体相互协调作用，能快速有效地检测出管道上的吸附物，并进行清理、移除、回收。

4、本发明中在机器人本体上方设置吸附物收集组件，吸附物收集组件的门设置为为橡胶材质，且第一门体和第二门体的一端呈齿轮状交错设置，与机械手协调作用，机械手穿插进出收集网时，只需通过齿轮状交错处，结构简单，进出方便；机械手上的夹爪夹紧吸附物进入收集网时，首先通过铲松组件上的铲松杆对吸附在夹爪上的吸附物铲松，铲松杆上设置上的圆柱体和尖刺部在防水振动电机的作用下效果更佳，且铲松杆设置在定位块是不同角度设置的，可从不同角度将吸附物铲松，然后夹爪从收集网出来时，通过抓取组件上的钩体将吸附物钩掉，解决了夹爪上吸附很紧的吸附物无法放下的问题。

附图说明

图1为本发明结构的三维示意图。

图2为本发明结构中机器人本体的三维示意图。

图3为本发明结构中机器人本体的正视图。

图4为本发明结构中机器人本体的俯视图。

图5为本发明结构中机械手的三维示意图。

图6为本发明结构中机械手的另一视角的三维示意图。

图7为本发明结构中吸附物收集组件的侧视图。

图8为本发明结构中吸附物收集组件的正视图。

图9为本发明结构中吸附物收集组件的剖面图。

图中所述文字标注表示为：1、机器人本体；2、机械手；3、吸附物收集组件；4、管道；5、吸附物；101、电气盒体；102、螺旋马达；103、螺旋桨；104、螺旋桨安装支架；105、管道识别相机；106、底板；107、连接方块；201、第一舵机；202、第二舵机；203、第三舵机；204、第四舵机；205、第五舵机；206、夹爪；207、吸附物识别相机；208、摇臂；209、第一齿轮； 210、第二齿轮；211、底端支架；212、安装支架；213、第一安装支架；214、第二安装支架；215、第三安装支架；216、第四安装支架；301、收集网；302、竖杆；303、横杆；304、杆套；305、抓取组件；306、门；307、铲松组件；3051、第一框体；3052、防水电动推杆；3053、活动块；3054、钩体；3061、第一门体；3062、第二门体；3071、第二框体；3072、防水振动电机；3073、固定板；3074、弹簧；3075、定位销；3076、定位块；3077、铲松杆；3078、圆柱体；3079、尖刺部；30710、尖角；100、齿轮组件。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-图9所示，本发明的具体结构为：它包括机器人本体1、机械手2和吸附物收集组件3；机械手2设置为自由度为5的自由度机构，每个自由度上设置有舵机驱动，分别为第一舵机201、第二舵机202、第三舵机203、第四舵机304和第五舵机205；第一舵机201的下端通过底端支架211、齿轮组件100设置有夹爪206，夹爪206的上方设置有吸附物识别相机207。

如图5-图6所示，第一舵机201和第二舵机202通过摇臂208连接；第二舵机202、第三舵机203、第四舵机204和第五舵机205均设置在安装支架212上，第二舵机202和第三舵机203通过第一安装支架213连接，第三舵机203和第四舵机204通过第二安装支架214和第一安装支架213连接，第四舵机204和第五舵机205通过第二安装支架214和第三安装支架215连接，第五舵机205的上端设置有第四安装支架216与括机器人本体1连接。齿轮组件100包括相互啮合的第一齿轮209和第二齿轮210，第一齿轮209和第二齿轮210的另一端分别设置在夹爪206的上方。

如图2-图4所示，机器人本体1包括底板106，底板106上设置有电气盒体101，电气盒体101之间设置有连接方块107；底板106的两侧通过螺旋桨安装支架104分别倾斜和垂直设置有螺旋桨103，螺旋桨103上设置有螺旋马达102；底板106的下端设置有管道识别相机105。倾斜设置的螺旋桨103设置在底板106的四个角上，垂直设置的螺旋桨103设置在底板106中部。

具体使用时，通过管道识别相机105测量其与管道4之间的距离与角度，通过比较预先设定距离与角度值，对机器人本体1进行调整使其位于管道4正上方，并沿管道4进行移动。吸附物识别相机207拍摄到的水下管道宽度与实际管道宽度的比值和机器人距吸附物距离与在水中的深度比值相同，由此推算出机器人与吸附物之间的距离，再通过预先的角度计算，使得舵机能够准确接近吸附物。移除吸附物的机械手2的夹爪206主要是通过最第一舵机201的齿轮组件100来实现抓取和放开。在控制软件的作用下，夹爪206处于敞开的状态，当软件驱动吸附物识别相机207拍照，对吸附物5进行识别后，控制移除吸附物的机械手2接近吸附物2，夹爪206闭合，夹持吸附物，当夹爪206夹持吸附物后，控制系统发出指令，机械手2上扬，将吸附物5夹持到机器人本体上方，夹爪206松开，释放吸附物在吸附物收集组件，对吸附物进行回收并收集分类。

电气盒子101内部装有控制电路，控制机器人的运行操作，与电脑进行通讯，两个电器盒子101由连接方块107连接，置于底板106上方。所述螺旋桨安装支架104带有角度，4个倾斜安装的螺旋桨103由螺旋桨安装支架104与底板106连接，控制机器人的升降与侧向移动，两个垂直安装的螺旋桨103由垂直安装支架104与底板106连接，控制机器人的前进和转向，所述螺旋桨动力有置于螺旋桨后方的螺旋马达102提供。所述管道识别相机105置于机器人本体1的中心正下方位置，用于寻找管道的位置并沿管道4运行，控制机器人寻迹。

如图7-图9所示，吸附物收集组件3包括通过支撑架组件活动安装的收集网301，收集网301的材质设置为钢网状，收集网301设置为前端开口式，且开口处设置有门306；收集网301内分别设置有抓取组件305和铲松组件307。

如图8所示，抓取组件305包括第一框体3051，第一框体3051内设置有防水电动推杆3052，防水电动推杆3052的伸缩端与活动块3053连接，活动块3053的下端设置有钩体3054。铲松组件307包括第二框体3071，第二框体3071内设置有防水振动电机3072，防水振动电机3072设置在固定板3073上，固定板3073的下端设置有弹簧3074，弹簧3074的上端和下端分别通过定位销3075与固定板3073和定位块3076连接，定位块3076的下端设置为弧形，定位块3076的下端设置有多个铲松杆3077，铲松杆3077的下端设置有尖角30710，铲松杆3077的中部设置有圆柱体3078，圆柱体3078上设置有尖刺部3079。

如图9所示，支撑架组件包括一组并排设置的竖杆302，竖杆302上设置有两组并排设置的横杆303，收集网301上设置有与横杆303相适用的杆套304；竖杆302活动穿插在机器人本体1的上端，这样的结构设计收集网301的安装与取出方便，只要将收集网301上的杆套304套入到横杆303即可。

如图7所示，门306包括第一门体3061和第二门体3062，第一门体3061和第二门体3062设置为橡胶材质，且第一门体3061和第二门体3062的一端呈齿轮状交错设置；第一门体3061和第二门体3062通过螺钉设置在收集网301的侧端。

具体使用时，吸附物收集组件3的门306设置为橡胶材质，且第一门体3061和第二门体3062的一端呈齿轮状交错设置，与机械手2协调作用，机械手2穿插进出收集网301时，只需通过齿轮状交错处，结构简单，进出方便；机械手2上的夹爪206夹紧吸附物5进入收集网301时，首先通过铲松组件307上的铲松杆3077对吸附在夹爪206上的吸附物5铲松，铲松杆3077上设置上的圆柱体3078和尖刺部3079在防水振动电机3072的作用下效果更佳，且铲松杆3077设置在定位块3076是不同角度设置的，可从不同角度将吸附物5铲松，然后夹爪206从收集网301出来时，通过抓取组件305上的钩体3054将吸附物5钩掉，解决了夹爪206上吸附很紧的吸附物5无法放下的问题。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，它包括机器人本体（1）、机械手（2）和吸附物收集组件（3）；机械手（2）设置为自由度为5的自由度机构，每个自由度上设置有舵机驱动，分别为第一舵机（201）、第二舵机（202）、第三舵机（203）、第四舵机（204）和第五舵机（205）；第一舵机（201）的下端通过底端支架（211）、齿轮组件（100）设置有夹爪（206），夹爪（206）的上方设置有吸附物识别相机（207）。

2.根据权利要求1所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，第一舵机（201）和第二舵机（202）通过摇臂（208）连接；第二舵机（202）、第三舵机（203）、第四舵机（204）和第五舵机（205）均设置在安装支架（212）上，第二舵机（202）和第三舵机（203）通过第一安装支架（213）连接，第三舵机（203）和第四舵机（204）通过第二安装支架（214）和第一安装支架（213）连接，第四舵机（204）和第五舵机（205）通过第二安装支架（214）和第三安装支架（215）连接，第五舵机（205）的上端设置有第四安装支架（216）与括机器人本体（1）连接。

3.根据权利要求1所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，齿轮组件（100）包括相互啮合的第一齿轮（209）和第二齿轮（210），第一齿轮（209）和第二齿轮（210）的另一端分别设置在夹爪（206）的上方。

4.根据权利要求1所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，机器人本体（1）包括底板（106），底板（106）上设置有电气盒体（101），电气盒体（101）之间设置有连接方块（107）；底板（106）的两侧通过螺旋桨安装支架（104）分别倾斜和垂直设置有螺旋桨（103），螺旋桨（103）上设置有螺旋马达（102）；底板（106）的下端设置有管道识别相机（105）。

5.根据权利要求4所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，倾斜设置的螺旋桨（103）设置在底板（106）的四个角上，垂直设置的螺旋桨（103）设置在底板（106）中部。

6.根据权利要求1所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，吸附物收集组件（3）包括通过支撑架组件活动安装的收集网（301），收集网（301）设置为前端开口式，且开口处设置有门（306）；收集网（301）内分别设置有抓取组件（305）和铲松组件（307）。

7.根据权利要求6所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，抓取组件（305）包括第一框体（3051），第一框体（3051）内设置有防水电动推杆（3052），防水电动推杆（3052）的伸缩端与活动块（3053）连接，活动块（3053）的下端设置有钩体（3054）。

8.根据权利要求6所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，铲松组件（307）包括第二框体（3071），第二框体（3071）内设置有防水振动电机（3072），防水振动电机（3072）设置在固定板（3073）上，固定板（3073）的下端设置有弹簧（3074），弹簧（3074）的上端和下端分别通过定位销（3075）与固定板（3073）和定位块（3076）连接，定位块（3076）的下端设置为弧形，定位块（3076）的下端设置有多个铲松杆（3077），铲松杆（3077）的下端设置有尖角（30710），铲松杆（3077）的中部设置有圆柱体（3078），圆柱体（3078）上设置有尖刺部（3079）。

9.根据权利要求6所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，支撑架组件包括一组并排设置的竖杆（302），竖杆（302）上设置有两组并排设置的横杆（303），收集网（301）上设置有与横杆（303）相适用的杆套（304）；竖杆（302）活动穿插在机器人本体（1）的上端。

10.根据权利要求6所述的一种水下管道巡检清理机器人，其特征在于，门（306）包括第一门体（3061）和第二门体（3062），第一门体（3061）和第二门体（3062）设置为橡胶材质，且第一门体（3061）和第二门体（3062）的一端呈齿轮状交错设置；第一门体（3061）和第二门体（3062）通过螺钉设置在收集网（301）的侧端。