CN115488900A

CN115488900A - 适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人与方法

Info

Publication number: CN115488900A
Application number: CN202211165680.3A
Authority: CN
Inventors: 付兴伟; 李巍; 李铭
Original assignee: Yangtze Ecology and Environment Co Ltd
Current assignee: Yangtze Ecology and Environment Co Ltd
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2042-09-23
Also published as: CN115488900B

Abstract

一种适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人与方法，它包括浮箱、驱动系统、归中机构和摄像头，采用驱动系统的电动轮与浮箱的支腿连接，舵叶和电动螺旋桨位于浮箱下部且高于电动轮处于悬空状态，归中机构与浮箱前端的检测杆滑动配合，摄像头位于浮箱上部，在排水管内无水情况下，由电动轮驱动行走，在排水管内有水情况下，舵叶和电动螺旋桨驱动行走，摄像头将排水管内的情况实时传输至显示器，在排水管外通过显示器监视排水管内的情况，无需作业人员下到排水管内，减小作业风险，提高了安全性。

Description

适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人与方法

技术领域

本发明属于市政排水管道检测技术领域，涉及一种适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人与方法。

背景技术

市政排水管道在运行过程中由于存在建设期施工不规范、管材选型不科学、自然老化损坏、运行环境恶劣等因素，经常出现淤积、结垢等功能性缺陷以及管道破损、错口等结构性缺陷，在设计施工前期的管网本底调查以及运维期间的缺陷管段排查时需要经常使用CCTV（Closed Circuit Television Ispection管道闭路电视系统）检测机器人进入管道进行图像监测，但目前的CCTV机器人主要适用于管道无水状况下的行走检测，然而在实际工作中，管道经常处于有水运行状态，工作人员需要下井对管道进行封堵和排水等操作，将水排出后再用CCTV机器人进行检测，作业量大、危险性高，因此对于有水状态下的管道图像监测成为一道难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人与方法，采用驱动系统的电动轮与浮箱的支腿连接，舵叶和电动螺旋桨位于浮箱下部且高于电动轮处于悬空状态，归中机构与浮箱前端的检测杆滑动配合，摄像头位于浮箱上部，在排水管内无水情况下，由电动轮驱动行走，在排水管内有水情况下，舵叶和电动螺旋桨驱动行走，摄像头将排水管内的情况实时传输至显示器，在排水管外通过显示器监视排水管内的情况，无需作业人员下到排水管内，减小作业风险，提高了安全性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，它包括浮箱、驱动系统、归中机构和摄像头；所述驱动系统的电动轮与浮箱的支腿连接，电动螺旋桨位于浮箱下部，舵叶位于电动螺旋桨一侧，摄像头位于浮箱上部，归中机构与浮箱前端的检测杆连接；电动螺旋桨为悬空状态；归中机构在伸缩时其伞骨随之张开或收缩。

所述浮箱为半圆弧形的中空箱体，其箱底为弧形面，位于弧面上设置多个支腿，位于中空箱体外的两端分别设置拦阻杆和检测杆。

所述拦阻杆包括水平杆两端滑动配合的伸缩杆，水平杆与中空箱体尾端连接，检测杆为竖直状，与中空箱体前端连接，检测杆上轴向设置滑槽。

所述检测杆的两端设置测距传感器；测距传感器与浮箱内的控制器电性连接，控制器的控制面板安装于浮箱上部。

所述驱动系统包括电源电性连接的电动轮、电动螺旋桨和舵机，电源和舵机位于浮箱内，舵叶与舵机的输出端连接，电动轮与支腿下端连接；驱动系统与浮箱内的控制器电性连接，摄像头连接电源和控制器，摄像头的传输线与显示器连接；电动轮上的压力传感器与控制器电性连接。

所述归中机构包括调节座连接的电推杆，以及与电推杆连接的伞骨，调节座与检测杆滑动配合；电推杆其中一个固定端与调节座中部固定连接；电推杆与浮箱内的电源和控制器电性连接。

所述调节座为弯折的水平状弓型结构，其中部设置滑块与检测杆上的滑槽滑动配合，锁紧螺钉从检测杆背侧的阵列孔穿过与调节座连接固定。

所述调节座的两端设置伸缩节，由螺钉连接固定，伸缩节上设置有滚轮。

所述伞骨包括固定座和活动座连接的多个铰接杆，铰接杆为两个相互铰接的杆体；两个杆体的另外两端分别与固定座和活动座铰接，固定座与电推杆的另一个固定端连接，活动座与电推杆的伸缩端连接。

如上所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人的两栖作业方法，它包括如下步骤：

在无水状态下，

S1，安放，将两栖作业机器人放入排水管中，电动轮与排水管内壁滚动接触，调整浮箱使其处于水平状态；此步骤中，伞骨处于收缩状态，归中机构与检测杆此时是固定连接，调节座上的伸缩节处于伸缩状态且滚轮与排水管内壁滚动接触；

S2，摄像，操作控制器的控制面板，打开摄像头，摄像头将排水管内的情况实时反馈在显示器上，控制面板上显示电动轮承受的压力值；此步骤中，还可以启动电动轮，使其沿排水管内壁滚动带动两栖作业机器人边行走边摄像，检测杆两端的测距传感器分别显示排水管对应壁面的距离；

在有水状态下，

S3，安放，将两栖作业机器人放入排水管中，在浮箱的浮力作用下，两栖作业机器人处于漂浮状态，抽出拦阻杆的伸缩杆，使伸缩杆与排水管的管端头接触，避免两栖作业机器人被水流冲走；此步骤中，伞骨处于收缩状态；归中机构与检测杆此时是滑动状态，调节座上的伸缩节处于伸缩状态且滚轮与排水管内壁滚动接触；

S4，归中，操作控制器的控制面板，启动电推杆，电推杆的伸缩端伸展驱动伞骨张开并与排水管内壁靠近或接触，在浮箱处于漂浮状态下，使调节座沿检测杆滑动至管道中心位置；此步骤中，电动轮无接触不显示其承受的压力值，检测杆上端的测距传感器显示离排水管顶部的距离；

S5，开摄像头，操作控制器的控制面板，打开摄像头，摄像头将排水管内的情况实时反馈在显示器上；

S6，驱动，操作控制器的控制面板，打开电动螺旋桨和舵机，推拉拦阻杆的伸缩杆使其回缩至水平杆内，在控制器的控制下电动螺旋桨驱动两栖作业机器人向前运动，摄像头将排水管内的情况实时反馈在显示器上；此步骤中，当排水管内的水流发生紊乱时，舵机控制舵叶调整浮箱的平衡度，并在伞骨的限位作用下，使浮箱保持稳定。

本发明的有益效果主要体现于：

在排水管内有水和无水的情况下，都能对排水管内进行摄像，避免作业人员进入排水管内，减少了作业人员的风险，安全可靠。

通过中空半圆形的浮箱将各部件组合成一个整体，使其能够漂浮在排水管中的水体上，同时提高了整体浮动时的稳定性。

在无水情况时，电动轮与排水管内壁滚动接触，通过调节座两侧的滚轮与排水管内壁滚动接触提高其稳定性，伞骨处于收缩状态，归中机构与检测杆固定连接。

在有水情况下，浮箱浮于水面，调节座两侧的滚轮与排水管内壁滚动接触，同时伞骨处于张开状态，提高了整体的稳定性。

在有水情况下，归中机构与检测杆处于滑动状态，避免排水管中水流紊乱导致浮箱波动过大，提高了摄像头画面的清晰度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的主视示意图。

图3为图2的侧视示意图。

图4为图2的俯视示意图。

图5为本发明伞骨张开的状态图。

图6为本发明的使用状态图。

图中：浮箱1，支腿11，拦阻杆12，检测杆13，测距传感器14，驱动系统2，电动轮21，电动螺旋桨22，舵叶23，归中机构3，调节座31，电推杆32，伞骨33，滚轮34，固定座331，活动座332，铰接杆333，摄像头4。

具体实施方式

如图1~图6中，一种适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，它包括浮箱1、驱动系统2、归中机构3和摄像头4；所述驱动系统2的电动轮21与浮箱1的支腿11连接，电动螺旋桨22位于浮箱1下部，舵叶23位于电动螺旋桨22一侧，摄像头4位于浮箱1上部，归中机构3与浮箱1前端的检测杆13连接；电动螺旋桨22为悬空状态；归中机构3在伸缩时其伞骨33随之张开或收缩。使用时，在排水管内无水情况下，由电动轮21驱动行走，在排水管内有水情况下，舵叶23和电动螺旋桨22驱动行走，摄像头4将排水管内的情况实时传输至显示器，在排水管外通过显示器监视排水管内的情况，无需作业人员下到排水管内，减小作业风险，提高了安全性。

优选的方案中，所述浮箱1为半圆弧形的中空箱体，其箱底为弧形面，位于弧面上设置多个支腿11，位于中空箱体外的两端分别设置拦阻杆12和检测杆13。使用时，浮箱1为半圆形中空结构，有利于浮于水平面时提高其平稳性。

优选的方案中，所述拦阻杆12包括水平杆两端滑动配合的伸缩杆，水平杆与中空箱体尾端连接，检测杆13为竖直状，与中空箱体前端连接，检测杆13上轴向设置滑槽。使用时，拦阻杆12两端的伸缩杆与水平杆滑动配合，有利于调节其长度，伸缩杆伸展时可阻挡在排水管的管口，伸缩杆缩进时，能够顺利进入排水管内。

优选地，检测杆13的滑槽中设置多个贯穿的槽底的阵列孔，锁紧螺钉与阵列孔配合连接调节座31。

优选的方案中，所述检测杆13的两端设置测距传感器14；测距传感器14与浮箱1内的控制器电性连接，控制器的控制面板安装于浮箱1上部。使用时，测距传感器14用于测量检测杆13端头离排水管内壁之间的距离，并将所测数值传输至控制器显示在显示器上。

优选的方案中，所述驱动系统2包括电源电性连接的电动轮21、电动螺旋桨22和舵机，电源和舵机位于浮箱1内，舵叶23与舵机的输出端连接，电动轮21与支腿11下端连接；驱动系统2与浮箱1内的控制器电性连接，摄像头4连接电源和控制器，摄像头4的传输线与显示器连接；电动轮21上的压力传感器与控制器电性连接。使用时，在无水情况下，两栖作业机器人由电动轮21驱动行走，在有水情况下，两栖作业机器人由电动螺旋桨22和舵机驱动行走；控制器控制电动轮21旋转的速度，使两栖作业机器人沿排水管内壁行走，控制器控制螺旋桨22的转速和舵机带动舵叶23的偏转角保证两栖作业机器人在水面行走。

优选地，摄像头4的传输线与显示器连接，显示器位于排水管外，摄像头4将排水管内的场景实时传输给显示器，使得在排水管外的作业人员能够直观看到排水管内的情况。

优选地，摄像头4为旋转摄像头，其与控制器电性连接，通过控制器的操作面板操控其旋转角度，使其能够转动对特定视角进行摄像，从而将管道中特定部位的场景反馈至显示器上。

优选的方案中，所述归中机构3包括调节座31连接的电推杆32，以及与电推杆32连接的伞骨33，调节座31与检测杆13滑动配合；电推杆32其中一个固定端与调节座31中部固定连接；电推杆32与浮箱1内的电源和控制器电性连接。使用时，在有水情况下，电推杆32驱动伞骨33张开，使伞骨33靠近排水管内壁或与排水管内壁接触，从而使电推杆32位于排水管的中心轴线上，因在有水情况下时，调节座31与检测杆13滑动配合，避免在水流紊乱时，浮箱1的波动幅度过大，从而提高摄像头4拍摄画面的清晰度。

优选地，电推杆32由电源供电，操作控制器的控制面板使其伸缩。

优选的方案中，所述调节座31为弯折的水平状弓型结构，其中部设置滑块与检测杆13上的滑槽滑动配合，锁紧螺钉从检测杆13背侧的阵列孔穿过与调节座31连接固定。使用时，当伞骨33张开后，伞骨33与管道内壁接触，电推杆32发生位移，带动与其连接的调节座31沿检测杆13的滑槽滑动，使调节座31也位于排水管的中心。

优选的方案中，所述调节座31的两端设置伸缩节，由螺钉连接固定，伸缩节上设置有滚轮34。使用时，设定伸缩节伸出的长度后，采用螺钉固定；当调节座31进入排水管后，保证两侧的滚轮34皆与排水管内壁滚动接触，以提高两栖作业机器人行走时的稳定性。

优选的方案中，所述伞骨33包括固定座331和活动座332连接的多个铰接杆333，铰接杆333为两个相互铰接的杆体；两个杆体的另外两端分别与固定座331和活动座332铰接，固定座331与电推杆32的另一个固定端连接，活动座332与电推杆32的伸缩端连接。使用时，电推杆32伸缩端伸展时，驱动活动座332远离电推杆32的固定端，使铰接杆333的杆体位于同一轴线上，包覆在电推杆32伸缩端外并呈收缩状；电推杆32伸缩端回缩时，驱动活动座332向电推杆32的固定端靠近，使铰接杆333以杆体铰接点转动形成夹角并逐渐张开呈伞骨状。

优选的方案中，如上所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人的两栖作业方法，它包括如下步骤：

在无水状态下，

S1，安放，将两栖作业机器人放入排水管中，电动轮21与排水管内壁滚动接触，调整浮箱1使其处于水平状态；此步骤中，伞骨33处于收缩状态，归中机构3与检测杆13此时是固定连接，调节座31上的伸缩节处于伸缩状态且滚轮34与排水管内壁滚动接触；

S2，摄像，操作控制器的控制面板，打开摄像头，摄像头将排水管内的情况实时反馈在显示器上，控制面板上显示电动轮21承受的压力值；此步骤中，还可以启动电动轮21，使其沿排水管内壁滚动带动两栖作业机器人边行走边摄像，检测杆13两端的测距传感器14分别显示排水管对应壁面的距离；

在有水状态下，

S3，安放，将两栖作业机器人放入排水管中，在浮箱1的浮力作用下，两栖作业机器人处于漂浮状态，抽出拦阻杆12的伸缩杆，使伸缩杆与排水管的管端头接触，避免两栖作业机器人被水流冲走；此步骤中，伞骨33处于收缩状态；归中机构3与检测杆13此时是滑动状态，调节座31上的伸缩节处于伸缩状态且滚轮34与排水管内壁滚动接触；

S4，归中，操作控制器的控制面板，启动电推杆32，电推杆32的伸缩端伸展驱动伞骨33张开并与排水管内壁靠近或接触，在浮箱1处于漂浮状态下，使调节座31沿检测杆13滑动至管道中心位置；此步骤中，电动轮21无接触不显示其承受的压力值，检测杆13上端的测距传感器14显示离排水管顶部的距离；

S6，驱动，操作控制器的控制面板，打开电动螺旋桨22和舵机，推拉拦阻杆12的伸缩杆使其回缩至水平杆内，在控制器的控制下电动螺旋桨22驱动两栖作业机器人向前运动，摄像头将排水管内的情况实时反馈在显示器上；此步骤中，当排水管内的水流发生紊乱时，舵机控制舵叶23调整浮箱1的平衡度，并在伞骨33的限位作用下，使浮箱1保持稳定。

上述方法能够使两栖作业机器人在无水和有水的排水管内行走，并采用多个措施提高了行走时的稳定性，提高了摄像头拍摄画面的清晰度，避免了作业人员直接进入排水管内，降低了风险，提高了安全性。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：它包括浮箱（1）、驱动系统（2）、归中机构（3）和摄像头（4）；所述驱动系统（2）的电动轮（21）与浮箱（1）的支腿（11）连接，电动螺旋桨（22）位于浮箱（1）下部，舵叶（23）位于电动螺旋桨（22）一侧，摄像头（4）位于浮箱（1）上部，归中机构（3）与浮箱（1）前端的检测杆（13）连接；电动螺旋桨（22）为悬空状态；归中机构（3）在伸缩时其伞骨（33）随之张开或收缩。

2.根据权利要求1所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：所述浮箱（1）为半圆弧形的中空箱体，其箱底为弧形面，位于弧面上设置多个支腿（11），位于中空箱体外的两端分别设置拦阻杆（12）和检测杆（13）。

3.根据权利要求2所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：所述拦阻杆（12）包括水平杆两端滑动配合的伸缩杆，水平杆与中空箱体尾端连接，检测杆（13）为竖直状，与中空箱体前端连接，检测杆（13）上轴向设置滑槽。

4.根据权利要求3所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：所述检测杆（13）的两端设置测距传感器（14）；测距传感器（14）与浮箱（1）内的控制器电性连接，控制器的控制面板安装于浮箱（1）上部。

5.根据权利要求1所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：所述驱动系统（2）包括电源电性连接的电动轮（21）、电动螺旋桨（22）和舵机，电源和舵机位于浮箱（1）内，舵叶（23）与舵机的输出端连接，电动轮（21）与支腿（11）下端连接；驱动系统（2）与浮箱（1）内的控制器电性连接，摄像头（4）连接电源和控制器，摄像头（4）的传输线与显示器连接；电动轮（21）上的压力传感器与控制器电性连接。

6.根据权利要求1所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：所述归中机构（3）包括调节座（31）连接的电推杆（32），以及与电推杆（32）连接的伞骨（33），调节座（31）与检测杆（13）滑动配合；电推杆（32）其中一个固定端与调节座（31）中部固定连接；电推杆（32）与浮箱（1）内的电源和控制器电性连接。

7.根据权利要求6所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：所述调节座（31）为弯折的水平状弓型结构，其中部设置滑块与检测杆（13）上的滑槽滑动配合，锁紧螺钉从检测杆（13）背侧的阵列孔穿过与调节座（31）连接固定。

8.根据权利要求6所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：所述调节座（31）的两端设置伸缩节，由螺钉连接固定，伸缩节上设置有滚轮（34）。

9.根据权利要求6所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人，其特征是：所述伞骨（33）包括固定座（331）和活动座（332）连接的多个铰接杆（333），铰接杆（333）为两个相互铰接的杆体；两个杆体的另外两端分别与固定座（331）和活动座（332）铰接，固定座（331）与电推杆（32）的另一个固定端连接，活动座（332）与电推杆（32）的伸缩端连接。

10.根据权利要求1~9任一项所述的适用于市政排水管道图像监测的两栖作业机器人的两栖作业方法，其特征是，它包括如下步骤：

在无水状态下，

S1，安放，将两栖作业机器人放入排水管中，电动轮（21）与排水管内壁滚动接触，调整浮箱（1）使其处于水平状态；此步骤中，伞骨（33）处于收缩状态，归中机构（3）与检测杆（13）此时是固定连接，调节座（31）上的伸缩节处于伸缩状态且滚轮（34）与排水管内壁滚动接触；

S2，摄像，操作控制器的控制面板，打开摄像头，摄像头将排水管内的情况实时反馈在显示器上，控制面板上显示电动轮（21）承受的压力值；此步骤中，还可以启动电动轮（21），使其沿排水管内壁滚动带动两栖作业机器人边行走边摄像，检测杆（13）两端的测距传感器（14）分别显示排水管对应壁面的距离；

在有水状态下，

S3，安放，将两栖作业机器人放入排水管中，在浮箱（1）的浮力作用下，两栖作业机器人处于漂浮状态，抽出拦阻杆（12）的伸缩杆，使伸缩杆与排水管的管端头接触，避免两栖作业机器人被水流冲走；此步骤中，伞骨（33）处于收缩状态；归中机构（3）与检测杆（13）此时是滑动状态，调节座（31）上的伸缩节处于伸缩状态且滚轮（34）与排水管内壁滚动接触；

S4，归中，操作控制器的控制面板，启动电推杆（32），电推杆（32）的伸缩端伸展驱动伞骨（33）张开并与排水管内壁靠近或接触，在浮箱（1）处于漂浮状态下，使调节座（31）沿检测杆（13）滑动至管道中心位置；此步骤中，电动轮（21）无接触不显示其承受的压力值，检测杆（13）上端的测距传感器（14）显示离排水管顶部的距离；

S6，驱动，操作控制器的控制面板，打开电动螺旋桨（22）和舵机，推拉拦阻杆（12）的伸缩杆使其回缩至水平杆内，在控制器的控制下电动螺旋桨（22）驱动两栖作业机器人向前运动，摄像头将排水管内的情况实时反馈在显示器上；此步骤中，当排水管内的水流发生紊乱时，舵机控制舵叶（23）调整浮箱（1）的平衡度，并在伞骨（33）的限位作用下，使浮箱（1）保持稳定。