CN113246674B - 一种具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人，包括，车架，所述车架下方设置有行走单元，所述车架后方设置有水下动力单元，所述车架下方设置有动力转换装置；所述车架上还设置有激光定位系统、摄像采集模块，探路摄像模块、图传模块、检测模块、补光模块以及电源模块；采用自动切换的两栖结构，机器人车体结构简单，使用方便，当管道内没有积水时，可以利用车轮进行驱动机器人前进，当管道内有积水时，可收起车轮并利用自带的螺旋桨进行正常前行，并且具有自动调节光线的补光模块，很好的辅助摄像采集，能够给外界人员实时反馈地下管道内部的信息，同时，具有激光定位系统能够快速确定机器人的位置，找到问题管道的所在地。

Description

一种具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是，涉及一种具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人。

背景技术

随着城市的发展与进步，混凝土地下管道已成为城市基础设施建设的必不可少的一部分，在城市任何地方混凝土地下管道都随处可见，人们用管道送水，送气，排污等等。管道如此密集的分布随之就带来了管道的检修问题，然而由于管道所处的环境往往是人力所限或人所不及，检修难度很大，通常对重要和不允许泄露的管道采用定期或提前报废的办法，从而造成了巨大的人力物力损失。目前关于地下输送管道的质检，常采用工程量巨大的开挖抽检方法，不但劳动强度大，准确率低，而且往往妨碍道路交通，虽然已有发明的管道检测小车能够代替人力进行管道检测，但是当地下管道存在积水时，则无法使用，并且在地下管道中GPS系统定位误差较大，故已有的检测小车不适宜在地下管道中进行检测。

水陆两用地下管道机器人的设计解决了在检查问题管道所遇到的问题，机器人自带螺旋桨能够在积水中正常前行，且采用激光定位系统，能够实时准确地传回行走路径。并利用其搭载的摄像头将管道内的情况实时的传到遥控系统，操作者可通过查看传回的时间来确定问题管道的位置。此发明实用性强，管道机器人的出现将改变以往管道定位的方式，大大提高管道维护的效率。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的管道机器人不能适应恶劣环境的缺陷，从而提供一种具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人，包括，车架，所述车架下方设置有行走单元，所述车架后方设置有水下动力单元，所述车架下方设置有动力转换装置；所述车架上还设置有激光定位系统、摄像采集模块，探路摄像模块、图传模块、检测模块、补光模块以及电源模块。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：所述行走单元包括车架下方设置的四个车轮，两个前车轮与后车轮之间均设置有连接轴，所述连接轴包括第一连接轴和第二连接轴，所述第二连接轴设置在所述车轮中心与所述车轮转动连接，所述第一连接轴与所述第二连接轴铰接。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：所述水下动力单元包括设置在所述车架后方的螺旋桨。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：所述动力转换装置包括设置在车架下方的浮动板，所述车架下方设置有立柱，所述浮动板与所述立柱滑移连接，所述第二连接轴在铰接处连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮啮合有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮中心连接有驱动杆，所述驱动杆上方设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机由第一控制开关控制，所述浮动板滑移控制所述第一控制开关闭合断开。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：所述动力转换装置还包括与所述浮动板连接的第二控制开关，所述第二控制开关与第二驱动电机连接，所述第二驱动电机与所述车轮和螺旋桨电连接。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：还包括遥控系统，所述遥控系统包括两块视频显示器和拍照按钮。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：所述补光模块包括照明灯以及与所述照明灯连接的传感器，所述照明灯在所述车架的上方设置为环形LED灯，在机器人的前进方向设置一组LED灯。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：所述摄像采集模块包括360度全景摄像头。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：所述激光定位系统包括控制芯片以及与控制芯片连接的发射器、接收器和调制解调器。

作为本发明所述具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人的一种优选方案，其中：所述检测模块包括障碍物检测装置和裂缝检测装置。

本发明的有益效果：采用自动切换的两栖结构，机器人车体结构简单，使用方便，当管道内没有积水时，可以利用车轮进行驱动机器人前进，当管道内有积水时，可收起车轮并利用自带的螺旋桨进行正常前行，并且具有自动调节光线的补光模块，很好的辅助摄像采集，能够给外界人员实时反馈地下管道内部的信息，同时，具有激光定位系统能够快速确定机器人的位置，找到问题管道的所在地。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明提供的机器人整体结构示意图；

图2为动力转换装置在连接轴处的局部结构示意图；

图3为遥控系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例提供了一种具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人，如图1所示，其中，

车架101，车架下方设置有行走单元200，车架后方设置有水下动力单元300，车架下方设置有动力转换装置400；车架101上还设置有激光定位系统102、摄像采集模块103，探路摄像模块104、图传模块105、检测模块106、补光模块107以及电源模块108。

进一步的，车架101为整个机器人的主体，其余功能模块均安装在车架上，用于驱动机器人进行运行的单元模块包括行走单元200、水下动力单元300以及动力转换装置400，行走单元200能够在没有积水或少量积水的陆地上控制机器人前行，水下动力单元300控制机器人在下水道内有深积水处向前运行，其中的动力转换装置400用于自动控制机器人遇到不同路况时驱动模式的转换，无需人为控制，此控制方式方便快捷。

进一步的，车架101上方还设置有很多辅助功能模块，包括激光定位系统102、摄像采集模块103、探路摄像模块104、图传模块105、检测模块106、补光模块107以及电源模块108，激光定位系统102可以实时定位机器人在下水管道中的位置，防止其损坏或无法运行时难以进行回收，采用激光定位的方式能够有效进行定位，定位准确，受到的干扰小；摄像采集模块103、探路摄像模块104用于勘察下水管道内的环境情况，图传模块105和检测模块106用于将探测的图像等数据传输给操作人员进行分析处理，补光模块107防止在下水道内光线昏暗无法进行探测图像，给摄像模块提供光源；电源模块108用于给机器人整体各模块进行供电。

实施例2

本实施例不同于上一个实施例的是，如图1-2所示，其中，

行走单元200包括车架101下方设置的四个车轮201，两个前车轮与后车轮之间均设置有连接轴202，连接轴202包括第一连接轴202a和第二连接轴202b，第二连接轴202b设置在车轮201中心与车轮201转动连接，第一连接轴202a与第二连接轴202b铰接，连接轴202连接车轮201进行转动，同时连接轴202分为三段，可以在铰接处相对转动使得车轮201旋转至连接轴202上方，在水下动力单元300进行驱动时防止车轮201在下方产生过大阻力，同时车轮201在旋转到上方转动能够起到涡轮驱动的作用，辅助水下动力单元300起到驱动的作用；水下动力单元300包括设置在车架101后方的螺旋桨301，螺旋桨301用于驱动机器人在水中进行运行。

进一步的，动力转换装置400包括设置在车架101下方的浮动板401，车架下方设置有立柱101a，浮动板401与立柱101a滑移连接，浮动板401为动力转换装置400的关键，当机器人整体从陆地运行至有积水处时，其下方的浮动板401优先接触到水面，由于浮动板401面积较大，产生很强的浮力，能够保证机器人由车体变为船体，漂浮在水面上进行运行，同时在常规状态下，浮动板401由于重力作用会滑移至立柱101a的最下方，而遇水受到浮力时，会相对滑移至立柱101a的上端，其变化的状态能够驱动动力装置进行转换。

进一步的，第二连接轴202b在铰接处连接有第一锥齿轮202c，第一锥齿轮202c啮合有第二锥齿轮202d，第二锥齿轮202d中心连接有驱动杆202e，驱动杆202f上方设置有第一驱动电机202f，第一驱动电机202f由第一控制开关202g控制，浮动板401滑移控制第一控制开关202g闭合断开，当机器人处于陆地上运行时，浮动板401处于常规状态，此时第一控制开关202g处于断开状态，当机器人遇水，浮动板401向上漂浮后，浮动板401会触碰第一控制开关202g将第一控制开关202g闭合，此时第一驱动电机202f工作会去驱动驱动杆202e转动，驱动杆202e转动带动第二锥齿轮202d转动，第二锥齿轮202d带动第一锥齿轮202c转动，第一锥齿轮202c转动带动第二连接轴202b转动，第二连接轴202b与第一连接轴202a相对转动至垂直角度，此时车轮401由第二连接轴202b旋转至与第一连接轴202a上方，减小了水下的阻力，车轮401能够处于水平面上方，不会被长时间浸泡造成轮胎的老化和损坏。

进一步的，动力转换装置400还包括与浮动板401连接的第二控制开关402，第二控制开关402与第二驱动电机403连接，第二驱动电机403与车轮201和螺旋桨301电连接，第二驱动电机403驱动车轮20和螺旋桨301的运行工作，第二控制开关402控制此电路的通断，当机器人车体处于陆地上运行时，第二控制开关402控制第二驱动电机403与车轮201的电路闭合，第二驱动电机403与螺旋桨301的电路断开，当机器人车体处于积水中运行时，浮动板401向上滑动带动第二控制开关402变化，使得第二驱动电机403与车轮201电路断开，第二驱动电机403与螺旋桨301的电路闭合；通过此装置的设置，能够自动调整在陆地和水中驱动状态的切换。

本实施例中，行走单元200的结构使得机器人能够在陆地上进行运行，水下动力单元300能够保证机器人在水中前行，利用动力转换装置400，自动切换两种动力源的供给，同时改变车轮位置形态，防止车轮的老化损坏，减小水中行动阻力，不会再水下产生卡阻的现象，能够更好的适应管道中复杂的环境条件。

实施例3

本实施例不同于上一个实施例的是，如图1-3所示，其中，

本发明还包括遥控系统500，遥控系统500包括两块视频显示器501和拍照按钮502，遥控系统500用于远程观察和操控机器人，其中摄像采集模块103和探路摄像模块104收集图像，利用图传模块105无线传输数据给视频显示器501，利用视频显示器501显示出机器人车体周围的环境情况，既可以显示出前进方向的图像，也可以显示出车体上方的图像，保证操作者能辨别前进方向是否有障碍物，顶部方向是否有裂缝，操作人员可以利用操作手柄远程控制操作调整方向，然后利用拍照按钮502远程控制摄像采集模块103拍照记录下图片数据，遥控系统500同时可以控制机器人前进方向和机器人上方摄像角度。

进一步的，补光模块107包括照明灯107a以及与照明灯107a连接的传感器，为辅助照明灯107a照明，在车架101的上方设置有环形LED灯，同时在机器人的前进方向也设置有一组LED灯，其中传感器通过对周边光线的感知，自动调节灯光的强弱，能够节约能源，加长续航的时间。

摄像采集模块103包括360度全景摄像头，全景摄像头设置在车架101的顶端，视野好，方便取景。

激光定位系统102包括控制芯片以及与控制芯片连接的发射器、接收器和调制解调器，由发射器发出激光信号至定位板，再由定位板上的反射板反射回接收器，经控制芯片处理，并经调制解调制后，由图传模块将定位信息传至遥控系统，实现实时监控。

检测模块106包括障碍物检测装置和裂缝检测装置，障碍物检测装置能够检测出机器人前进方向的障碍物情况，裂缝检测装置能够检测出地下管道的裂缝情况。

车架上设有电源模块108，包括太阳能组件，可以利用太阳能为本机器人提供电能，电源模块还包括充电电池组件，可以保证为本机器人提供足够的电能。

本发明提供的机器人结构简单，使用方便，当管道内有积水时，可利用自带的螺旋桨进行正常前行，并且具有自动调节光线的补光模块，很好的辅助摄像采集，能够给外界人员实时反馈地下管道内部的信息，同时，具有激光定位系统能够快速确定机器人的位置，找到问题管道的所在地。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人，其特征在于：包括，

车架(101)，所述车架(101)下方设置有行走单元(200)，所述车架(101)后方设置有水下动力单元(300)，所述车架下方设置有动力转换装置(400)；

所述车架(101)上还设置有激光定位系统(102)、摄像采集模块(103)，探路摄像模块(104)、图传模块(105)、检测模块(106)、补光模块(107)以及电源模块(108)；

所述补光模块(107)包括照明灯(107a)以及与所述照明灯(107a)连接的传感器，所述照明灯(107a)在所述车架(101)的上方设置为环形LED灯，在机器人的前进方向设置一组LED灯，所述摄像采集模块(103)包括360度全景摄像头，所述激光定位系统(102)包括控制芯片以及与控制芯片连接的发射器、接收器和调制解调器，所述检测模块(106)包括障碍物检测装置和裂缝检测装置；

所述行走单元(200)包括车架(101)下方设置的四个车轮(201)，两个前车轮与后车轮之间均设置有连接轴(202)，所述连接轴(202)包括第一连接轴(202a)和第二连接轴(202b)，所述第二连接轴(202b)设置在所述车轮(201)中心与所述车轮(201)转动连接，所述第一连接轴(202a)与所述第二连接轴(202b)铰接；

所述水下动力单元(300)包括设置在所述车架(101)后方的螺旋桨(301)；

所述动力转换装置(400)包括设置在车架(101)下方的浮动板(401)，所述车架下方设置有立柱(101a)，所述浮动板(401)与所述立柱(101a)滑移连接，所述第二连接轴(202b)在铰接处连接有第一锥齿轮(202c)，所述第一锥齿轮(202c)啮合有第二锥齿轮(202d)，所述第二锥齿轮(202d)中心连接有驱动杆(202e)，所述驱动杆(202e)上方设置有第一驱动电机(202f)，所述第一驱动电机(202f)由第一控制开关(202g)控制，所述浮动板(401)滑移控制所述第一控制开关(202g)闭合断开。

2.根据权利要求1所述的具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人，其特征在于：所述动力转换装置(400)还包括与所述浮动板(401)连接的第二控制开关(402)，所述第二控制开关(402)与第二驱动电机(403)连接，所述第二驱动电机(403)与所述车轮(201)和螺旋桨(301)电连接。

3.根据权利要求1或2所述的具有激光定位功能的水陆两用地下管道机器人，其特征在于：还包括遥控系统(500)，所述遥控系统(500)包括两块视频显示器(501)和拍照按钮(502)。

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