CN113404976A - 一种应用于管道检测机器人的自动疏通装置 - Google Patents

一种应用于管道检测机器人的自动疏通装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种应用于管道检测机器人的自动疏通装置，包括，检测模块，检测前方是否存在障碍物，判断障碍物类型；疏通模块，包括驱动电机，所述驱动电机连接有伸缩单元，所述伸缩单元端部设置为锥形钻头，所述伸缩单元周向还设置有旋转刷头；当机器人在管道内遇到障碍物时，可以采用利用疏通模块对前方障碍物进行清理疏通，方便车体的继续运行和检测，当遇到难以疏通的石块等杂物堵塞时，防过载单元能够保证驱动电机的运行安全，同时给予操作人员信号确认需要人工疏通的准确位置，找到问题管道的所在地。

Description

一种应用于管道检测机器人的自动疏通装置
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是，涉及一种应用于管道检测机器人的自动疏通装置。
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遇到障碍物时无法自动疏通的缺陷，从而提供一种应用于管道检测机器人的自动疏通装置。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种应用于管道检测机器人的自动疏通装置，包括，检测模块，检测前方是否存在障碍物，判断障碍物类型；疏通模块，包括驱动电机，所述驱动电机连接有伸缩单元，所述伸缩单元端部设置为锥形钻头，所述伸缩单元周向还设置有旋转刷头。
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：所述伸缩单元包括螺纹杆，所述螺纹杆外侧设置有套管，所述套管内侧壁设置有内螺纹与螺纹杆啮合，所述套管外侧设置有固定套固定套管不发生转动，所述锥形钻头和旋转刷头设置在所述套管上。
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：所述驱动电机与伸缩单元之间还设置有防过载单元，所述防过载单元包括与所述驱动电机连接的转轴，所述转轴连接有推动轮，所述推动轮远离驱动电机的一面周向设置有第一轮齿，所述推动轮连接有从动轮，所述从动轮上设置有与所述第一轮齿啮合的第二轮齿，、所述第二轮齿中心连接所述螺纹杆。
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：所述转轴横截面为阶梯状，按直径从大到小设置有第一轴段、第二轴段以及第三轴段，所述第一轴段连接所述驱动电机，所述第二轴段上套设有弹簧，所述第三轴段设置在所述推动轮的中心孔内，所述第三轴段周向设置有凸块，所述推动轮内侧配合设置有凹槽，所述凸块卡设在凹槽内使得转轴带动推动轮转动。
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：所述第一轮齿与第二轮齿配合齿形的压力角与所述驱动电机最大功率呈线性关系。
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：所述检测模块和疏通模块设置在车架上，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。
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。
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，所述立柱上设置有控制开关，所述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：所述车架上还设置有激光定位模块、图像采集模块、补光模块以及电源模块。
本发明的有益效果：当机器人在管道内遇到障碍物时，可以采用利用疏通模块对前方障碍物进行清理疏通，方便车体的继续运行和检测，当遇到难以疏通的石块等杂物堵塞时，防过载单元能够保证驱动电机的运行安全，同时给予操作人员信号确认需要人工疏通的准确位置，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为疏通模块的局部剖面示意图；
图3为连接轴与推动轮配合的结构示意图；
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应用于管道检测机器人的自动疏通装置，如图1-2所示，其中，
检测模块100，检测前方是否存在障碍物，判断障碍物类型；疏通模块200，包括驱动电机201，驱动电机201连接有伸缩单元202，伸缩单元202端部设置为锥形钻头203，伸缩单元202周向还设置有旋转刷头204。当机器人行走时，检测模块100检测到前方有障碍物时，会传输信号使得疏通模块200工作，对前方障碍物进行疏通。
进一步的，伸缩单元202包括螺纹杆202a，螺纹杆202a外侧设置有套管202b，套管202b内侧壁设置有内螺纹与螺纹杆202a啮合，套管202b外侧设置有固定套202c固定套管202b不发生转动，锥形钻头203和旋转刷头204设置在套管202b上。通过伸缩单元202向前伸出，锥形钻头203旋转在障碍物上打出钻孔，然后旋转刷头204进入钻孔中旋转，产生能够行走的通道。
驱动电机201与伸缩单元202之间还设置有防过载单元205，防过载单元205包括与驱动电机201连接的转轴205a，转轴205a连接有推动轮205b，推动轮205b远离驱动电机201的一面周向设置有第一轮齿205c，推动轮205b连接有从动轮205d，从动轮205d上设置有与第一轮齿203c啮合的第二轮齿205e，、第二轮齿205e中心连接螺纹杆202a。此防过载单元205能够防止前方障碍物过于坚硬，驱动电机无法产生足够的动力使得旋转刷头204转动打开通路，保护驱动电机不长时间负载工作造成损坏，同时可以产生信号传输给操作人员，选择其他道路疏通，并且给定需要人工疏通的准确位置。
转轴205a横截面为阶梯状，按直径从大到小设置有第一轴段205a-1、第二轴段205a-2以及第三轴段205a-3，第一轴段205a-1连接驱动电机201，第二轴段205a-2上套设有弹簧205a-4，第三轴段202a-3设置在推动轮205b的中心孔内，第三轴段205a-3周向设置有凸块205a-5，推动轮205b内侧配合设置有凹槽205b-1，凸块205a-5卡设在凹槽205b-1内使得转轴205a带动推动轮205b转动。第一轮齿205c与第二轮齿205e配合齿形的压力角与驱动电机201最大功率呈线性关系，当驱动电机201产生最大功率的扭转力仍然无法钻开障碍物时，第一轮齿205c与第二轮齿205e会由啮合变为滑动，第一轮齿205c不再带动第二轮齿205e转动，弹簧205a-4能够辅助第一轮齿205c复位，仍然与第二轮齿205e啮合。
本实施例的实施方式为：驱动电机201转动，带动转轴205a转动，转轴205a带动推动轮205b转动，推动轮205b能够带动从动轮205d转动，从动轮205d带动螺纹杆202a转动，螺纹杆202a与外侧的套管202b啮合，同时套管202b被固定套202c固定无法转动，因此当螺纹杆202a转动时，套管202b会沿螺纹杆202a滑移转动，受电机转动方向控制滑移方向，因此当遇到障碍物时，套管202b向前方移动且同时带动锥形钻头203转动，锥形钻头203在障碍物上钻开孔，然后旋转刷头204转动将障碍物捣碎产生可以通行的通道；此方式能够有效清除管道内产生的淤泥、软质杂物，从而继续机器人的检测工作，操作简单安全方便。
实施例2
本实施例不同于上一个实施例的是，如图1-3所示，其中，
车架301，车架下方设置有行走单元302，车架后方设置有水下动力单元303，车架下方设置有动力转换装置400；车架301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302、水下动力单元303以及动力转换装置400，行走单元302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303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。
行走单元302包括车架301下方设置的四个车轮302a，水下动力单元303包括设置在车架，301后方的螺旋桨303a，螺旋桨303a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301下方的浮动板401，车架301下方设置有立柱301a，浮动板401与立柱301a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301a的最下方，而遇水受到浮力时，会相对滑移至立柱301a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，动力转换装置400还包括与浮动板401连接的控制开关402，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302a和螺旋桨303a的运行工作，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，控制开关402控制第二驱动电机403与车轮302a的电路闭合，第二驱动电机403与螺旋桨303a的电路断开，当机器人车体处于积水中运行时，浮动板401向上滑动带动控制开关402变化，使得第二驱动电机403与车轮302a电路断开，第二驱动电机403与螺旋桨303a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302的结构使得机器人能够在陆地上进行运行，水下动力单元303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。
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，车架301上还设置有激光定位模块、图像采集模块、补光模块以及电源模块，还包括遥控系统。
其中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，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，将定位信息传至遥控系统，实现实时监控。
图像采集模块包括360度全景摄像头，全景摄像头设置在车架301的顶端，视野好，方便取景。
补光模块包括照明灯以及与照明灯连接的传感器，为辅助照明灯照明，在车架301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。
车架上设有电源模块，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。
遥控系统，遥控系统包括视频显示器和拍照按钮，遥控系统用于远程观察和操控机器人，其中图像采集模块收集图像，无线传输数据到视频显示器，利用视频显示器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，操作人员可以利用操作手柄远程控制操作调整方向，然后利用拍照按钮远程控制图像采集模块拍照记录下图片数据，遥控系统同时可以控制机器人前进方向和机器人上方摄像角度。
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，图像采集模块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 (10)

1.一种应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：包括，
检测模块(100)，检测前方是否存在障碍物，判断障碍物类型；
疏通模块(200)，包括驱动电机(201)，所述驱动电机(201)连接有伸缩单元(202)，所述伸缩单元(202)端部设置为锥形钻头(203)，所述伸缩单元(202)周向还设置有旋转刷头(204)。
2.根据权利要求1所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述伸缩单元(202)包括螺纹杆(202a)，所述螺纹杆(202a)外侧设置有套管(202b)，所述套管(202b)内侧壁设置有内螺纹与螺纹杆(202a)啮合，所述套管(202b)外侧设置有固定套(202c)固定套管(202b)不发生转动，所述锥形钻头(203)和旋转刷头(204)设置在所述套管(202b)上。
3.根据权利要求2所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述驱动电机(201)与伸缩单元(202)之间还设置有防过载单元(205)，所述防过载单元(205)包括与所述驱动电机(201)连接的转轴(205a)，所述转轴(205a)连接有推动轮(205b)，所述推动轮(205b)远离驱动电机(201)的一面周向设置有第一轮齿(205c)，所述推动轮(205b)连接有从动轮(205d)，所述从动轮(205d)上设置有与所述第一轮齿(203c)啮合的第二轮齿(205e)，、所述第二轮齿(205e)中心连接所述螺纹杆(202a)。
4.根据权利要求3所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述转轴(205a)横截面为阶梯状，按直径从大到小设置有第一轴段(205a-1)、第二轴段(205a-2)以及第三轴段(205a-3)，所述第一轴段(205a-1)连接所述驱动电机(201)，所述第二轴段(205a-2)上套设有弹簧(205a-4)，所述第三轴段(202a-3)设置在所述推动轮(205b)的中心孔内，所述第三轴段(205a-3)周向设置有凸块(205a-5)，所述推动轮(205b)内侧配合设置有凹槽(205b-1)，所述凸块(205a-5)卡设在凹槽(205b-1)内使得转轴(205a)带动推动轮(205b)转动。
5.根据权利要求4所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述第一轮齿(205c)与第二轮齿(205e)配合齿形的压力角与所述驱动电机(201)最大功率呈线性关系。
6.根据权利要求1或5任一所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述检测模块(100)和疏通模块(200)设置在车架(301)上，所述车架(301)下方设置有行走单元(302)，所述车架后方设置有水下动力单元(303)，所述车架下方设置有动力转换装置(400)。
7.根据权利要求6所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述行走单元(302)包括车架(301)下方设置的四个车轮(302a)。
8.根据权利要求7所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述水下动力单元(303)包括设置在所述车架(301)后方的螺旋桨(303a)。
9.根据权利要求8所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述动力转换装置(400)包括设置在车架(301)下方的浮动板(401)，所述车架下方设置有立柱(301a)，所述浮动板(401)与所述立柱(301a)滑移连接，所述立柱(301a)上设置有控制开关(402)，所述控制开关(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(302a)和螺旋桨(303a)电连接。
10.根据权利要求9所述的应用于管道检测机器人的自动疏通装置，其特征在于：所述车架(301)上还设置有激光定位模块、图像采集模块、补光模块以及电源模块，还包括遥控系统。
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