CN115962372A - 一种悬挂巡查的管道侦查机器人及悬挂巡查方法 - Google Patents

Abstract

一种悬挂巡查的管道侦查机器人及悬挂巡查方法，包括行走模块、侦查模块、电磁铁、压力传感器、控制模块和通信模块，行走模块包括两只机械脚，电磁铁分别设置在两只机械脚的底部，用于吸附住管道的内壁进行行走，压力传感器用于感应机械脚与管道内壁之间的吸附力，以判断机械脚是否吸附正常，侦查模块包括侦查摄像头、测厚仪、粉尘检测仪、测温仪、测氧仪、风速仪、湿度仪等；每只机械脚均包括旋转驱动组件、关节和安装板，或每只机械脚均包括若干组双轴舵机和安装板。本发明可使机器人能更顺利完成巡检任务，适应不同管径和铺设角度以及各种恶劣环境的管道，自动化程度高，且机器人结构简单，采用现有标准件，成本低廉，易于推广应用。

Description

一种悬挂巡查的管道侦查机器人及悬挂巡查方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种管道侦查机器人，以及该管道侦查机器人的悬挂巡查方法。

背景技术

管道可用于各种用途，管道的布设一般根据环境和空间布局来进行，因而管道内常常存在积灰、变径、管道破损、高温、缺氧、角度多变等情况。对于积灰，管道内既有悬浮弥漫等悬浮颗粒，又有沉积石灰石和焦炭粉尘，还有大块的物料以及结石等；对于变径，管道存在3m到0.8m等各种直径逐渐变化的管道，有些管道甚至有长达几百米的狭窄管段，这些管段难以设置检修的入口；对于破损，管道存在常年磨损、修补、锈蚀、破损、连接变形等各种危险情况；对于角度多变，管道常存在180度水平和90度以及各种刁钻角度的情况；对于温度，受来料温度和高温天气的影响，有些管道甚至高达70℃、80℃；含氧量，有些管道过长内部漂浮物多，存在氧气稀薄的情况，或者说密闭空间内氧气有限容易快速消耗完。在上述极端情况下，一般市面上飞行侦查机器人因易激起扬尘无法完成任务，履带式机器人要么会陷入沉积物中，要么无法爬行90度的管道，支撑管道行走型的机器人会因为管道过大或者管道变化过大难以找到支撑点，再或者因为沉积物的存在难以找到着力点等原因难以行走，特别是对于一些未知管道的探测，因无法得知管道内的具体情况，常规机器人往往因难以找到合适的行走方式而探测失败。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种可适应不同管径、不同铺设角度以及各种恶劣环境管道，且结构简单，易于实施推广的悬挂巡查的管道侦查机器人，以及使用该管道侦查机器人的悬挂巡查方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种悬挂巡查的管道侦查机器人，包括行走模块、侦查模块、电磁铁、压力传感器、控制模块和通信模块，所述行走模块包括用于在管道内行走的两只机械脚，所述电磁铁分别设置在两只所述机械脚的底部，用于吸附住管道的内壁进行行走，所述压力传感器设置在所述电磁铁上与管道内壁接触的位置处，用于感应机械脚与管道内壁之间的吸附力，以判断机械脚是否吸附正常，以保证正常行走；所述侦查模块、控制模块和通信模块设置在所述行走模块上，所述侦查模块用于探查管道内情况，其包括侦查摄像头，所述控制模块分别与所述行走模块、侦查模块、电磁铁、压力传感器和通信模块相连，以控制机器人工作，所述通信模块用于机器人与外界的通信和数据传输。

进一步地，所述侦查模块还包括测厚仪、粉尘检测仪、测温仪、测氧仪、风速仪和湿度仪中的一种或几种，所述测厚仪用于检测管壁的厚度，所述粉尘检测仪用于检测管道内的粉尘浓度，所述测温仪用于检测管道内的温度，所述测氧仪用于检测管道内的含氧量，所述风速仪用于检测管道内的风速，所述湿度仪用于检测管道内的湿度。

进一步地，两只所述的机械脚通过连接板相连，两只机械脚具有相同的结构，每只机械脚均包括旋转驱动组件、关节和安装板，若干所述关节通过第一旋转轴依次相连成一条可转动弯曲的支腿，每个第一旋转轴处连接有一个所述的旋转驱动组件，旋转驱动组件用于驱动相邻两关节相对转动；所述支腿的一端通过第二旋转轴与所述连接板相连，所述第一旋转轴处亦设置有所述旋转驱动组件，用于驱动支腿相对于连接板转动；所述支腿的另一端通过第三旋转轴与所述安装板连接，所述第三旋转轴处亦设置有所述旋转驱动组件，用于驱动安装板相对于支腿转动；所述电磁铁和压力传感器分别安装在所述安装板上，所述第二旋转轴分别与所述第一旋转轴和第三旋转轴的轴线方向相垂直。

进一步地，两只所述的机械脚具有相同的结构，每只机械脚均包括若干组双轴舵机和安装板，每组所述双轴舵机包括旋转驱动盒和U型活动支架，所述旋转驱动盒内设置有旋转驱动组件，所述旋转驱动组件输出轴的两端伸出于旋转驱动盒外，所述U型活动支架分别与所述输出轴的两端相连，旋转驱动组件驱动U型活动支架相对于旋转驱动盒转动，若干所述双轴舵机通过旋转驱动盒与旋转驱动盒之间的连接、旋转驱动盒与U型活动支架之间的连接或U型活动支架与U型活动支架之间的连接依次相连，所述安装板与最底端的双轴舵机相连，所述电磁铁和压力传感器分别安装在所述安装板上。

进一步地，每只机械脚上均包括有五组所述的双轴舵机，从上至下分别为第一双轴舵机、第二双轴舵机、第三双轴舵机、第四双轴舵机和第五双轴舵机，所述第一双轴舵机的U型活动支架与第二双轴舵机的U型活动支架垂直固定连接，使得两U型活动支架的旋转轴相互垂直；第二双轴舵机的旋转驱动盒的与第三双轴舵机的旋转驱动盒固定连接，所述第四双轴舵机的旋转驱动盒上还固定安装有U型固定支架，所述第三双轴舵机的U型活动支架与第四双轴舵机的U型固定支架固定连接，第二双轴舵机、第三双轴舵机和第四双轴舵机上的U型活动支架的旋转轴相互平行；所述第四双轴舵机的U型活动支架与第五双轴舵机的U型活动支架垂直固定连接，使得两U型活动支架的旋转轴相互垂直，所述安装板固定在所述第五双轴舵机的旋转驱动盒上；两只机械脚上的第一双轴舵机的旋转驱动盒固定连接，两个第一双轴舵机上的U型活动支架的旋转轴相互平行。

进一步地，还包括设置在管道外的遥控器，所述遥控器通过LoRa无线通信模块与所述控制模块相连，所述压力传感器为薄膜压力传感器，所述控制模块包括arduino控制板。所述侦查摄像头通过两组舵机安装在所述行走模块上，两组舵机可使调整侦查摄像头的位姿自由调节，以适应不同管道内径变换和不同弯折角度等。

电磁铁吸附行走的方式可使机器人在管道内壁的各个角度和位置进行行走，更进一步地，两只所述机械脚通过电磁铁吸附在管道内壁的顶部进行行走，以进行悬挂巡查，悬挂行走可避免管道内底部的复杂情况对机器人行走的影响。

一种管道侦查机器人的悬挂巡查方法，采用上述悬挂巡查的管道侦查机器人，包括如下步骤：

管道侦查机器人通电后，发送吸附命令给管道侦查机器人，管道侦查机器人启动电磁铁，管道侦查机器人的两只机械脚吸附在管道的内壁上，管道侦查机器人通过两只机械脚在管道内行走；

当管道侦查机器人行走至待检测的地点后，控制侦查模块对管道内情况进行探查，包括控制侦查摄像头运动以对管道内不同方位进行图像监控，并发送管道探测数据及管道侦查机器人状态信息。

进一步地，管道侦查机器人通过两只机械脚在管道内行走的方法包括如下步骤：

S1、一只机械脚动作，吸附在管道的内壁上，通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，执行步骤S2，如吸附不正常则执行步骤S3；

S2、另一只机械脚动作，吸附在管道的内壁上，并通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，按照步骤S1继续执行行走任务，如吸附不正常则执行步骤S3；

S3、机械脚退回至上一步吸附正常的位置处，并发送报告吸附不正常的信息。

进一步地，S3步骤还包括如下过程：

S31、当机械脚退回至上一步吸附正常的位置处后，该机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与上次吸附不正常位置不同的位置处；

S32、通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，执行步骤S1；

S33、如吸附不正常则该机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与上次吸附不正常位置不同的位置处；

S34、重复执行S32和S33步骤直至该机械脚的吸附正常，然后执行步骤S1；若该机械脚连续(指相连的几次压力判断均为不正常吸附)报告吸附不正常的次数超过设定值M(如五次)后，表明该区域不正常，管道侦查机器人执行绕行程序。

进一步地，S34步骤中管道侦查机器人执行绕行程序包括如下步骤：

S341、设连续报告吸附不正常的次数超过设定值M(如五次)的机械脚为第一机械脚，另一机械脚为第二机械脚，第一机械脚停留在上一步吸附正常的位置处，第二机械脚在上一步吸附正常的位置处再后退一步；

S342、第二机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与S341步骤中吸附正常位置不同的位置处，通过压力传感器判断第二机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则第二机械脚的动作完成，第一机械脚执行步骤S1；

S343、如吸附不正常则，第二机械脚按照S31至S34步骤执行，直至第二机械脚的吸附正常后，第一机械脚执行步骤S1；

S344、若第二机械脚连续(指相连的几次压力判断均为不正常吸附)报告吸附不正常的次数超过设定值M(如五次)，则第二机械脚停留在S341步骤中吸附正常的位置处，第一机械脚在S341步骤中吸附正常的位置处再后退一步；

S345、第一机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与S344步骤中吸附正常位置不同的位置处，通过压力传感器判断第一机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则第一机械脚的动作完成，第二机械脚执行步骤S1；

S346、如吸附不正常则，第一机械脚按照S31至S34步骤执行，直至第一机械脚的吸附正常后，第二机械脚执行步骤S1；

S347、若第一机械脚连续(指相连的几次压力判断均为不正常吸附)报告吸附不正常的次数超过设定值M(如五次)，则第一机械脚停留在S344步骤中后退后吸附正常的位置处；

S348、循环执行S341至S347步骤，直至管道侦查机器人到达下一个检测点；

S349、若第一机械脚和第二机械脚后退的总步数超过设定值N(如十步)时，表明管道内不正常，管道侦查机器人执行返航(按原路线)程序。

本发明的管道侦查机器人采用arduino控制板控制多个双轴舵机或伺服电机驱动构件、电磁铁和薄膜压力传感器，并设备LoRa信号遥控器和侦查摄像头、测量厚仪、测温仪、测氧仪等等检测管道内部情况，可用于检测管道内部堵塞情况、破损磨损情况和温度以及气体情况等等，最后根据检测情况做出精准的检修计划，避免盲目给管道开洞，避免人员进入粉尘、高温、高危管道，也可以进入检修人员无法进入的缺氧管、过小的管道或其它内部环境不适合人工操作的管道。

本发明的管道侦查机器人采用两只机械脚和压力传感器的模式，采用电磁铁吸附的形式在管道内行走，可使机器人在管道内任何角度和位置进行行走，通过压力传感器实时监测与管道的吸附力，以保证行走顺利和安全，可适应不同管径、不同铺设角度的管道，特别是对未知管道的探索，有着其它方式行走机器人无可比拟的优势；同时机械脚上电磁铁可转动安装的结构使能适应不同角度的行走路况，机械脚的数量少机构比较少，故障概率低，易维修，成本低，采用标准件多，互换性好；电磁铁吸附的形式可以在管道内部上方长距离行走，因为管道上方积灰最少，较为光滑，同时也可以垂直在管道上行走，可以很好的适应各种恶劣环境。机器人采用LoRa信号传输控制信号，具有绕射能力强，功耗低的特点，可绕射8-9堵墙，可以使机器人在管道内部行走更远，工作效率和安全性更有保证。

机器人主体采用双轴舵机或关节与旋转伺服驱动构件的结构和形式，摄像头也通过双舵机云台安装，结构简单，易于组装，零部件可在市面上采购标准件，方便组装和维修，实施方便，成本低廉，易于推广应用。

本发明的管道侦查机器人悬挂巡查方法可保证机器人在管道内更顺利完成巡检任务，当机械脚吸附不正常时可及时调整吸附位置，当管道内壁的某处不适合行走时，可绕行通过，当前行的管道均布适合通行时选择返航，可根据管道的不同状况自动选择不同的通行方式，自动化程度高，使行走更顺利，提高机器人巡查的效率。

附图说明

图1为本发明管道侦查机器人的框架结构图。

图2为本发明管道侦查机器人的结构示意图。

图3为本发明管道侦查机器人中双轴舵机的结构示意图。

图4为本发明管道侦查机器人在管道中悬挂行走的结构示意图。

图5为本发明管道侦查机器人另一种实施方式的结构示意图。

图6为图5中管道侦查机器人另一个视角的结构示意图。

图7为本发明管道侦查机器人悬挂巡查的工作流程图。

图8为本发明管道侦查机器人悬挂巡查时绕行程序的工作流程图。

附图标记：1-管道；2-机器人；21-第一双轴舵机；22-第二双轴舵机；23-第三双轴舵机；24-第四双轴舵机；25-第五双轴舵机；211-第一旋转驱动盒；212-第一U型活动支架；241-第四旋转驱动盒；242-第四U型活动支架；243-第四U型固定支架；26-第一安装板；27-电磁铁；28-压力传感器；210-连接板；220-关节；230-旋转驱动组件；240-第二安装板。

具体实施方式

一种悬挂巡查的管道侦查机器人2，如图1，包括行走模块、侦查模块、电磁铁27、压力传感器28、控制模块和通信模块，所述行走模块包括用于在管道1内行走的两只机械脚，所述电磁铁27分别设置在两只所述机械脚的底部，用于吸附住管道1的内壁进行行走，行走模块通过两只机械脚的管道内壁1上交替吸附实现行走。在所述压力传感器28设置在所述电磁铁27上与管道1内壁接触的位置处，用于感应机械脚与管道内壁之间的吸附力，以判断机械脚是否吸附正常，以保证正常行走。当压力传感器28感应的压力值较小，表明吸附力弱，容易掉下来，难以安全行走。可自行设计异形电磁铁27，异形电磁铁27可以适应不同角度和直径的管道吸附情况，电磁铁27可以装载压力传感器28，要求是在8mm以上厚度的管道。

所述侦查模块、控制模块和通信模块设置在所述行走模块上，所述侦查模块用于探查管道内情况，其包括侦查摄像头，所述控制模块分别与所述行走模块、侦查模块、电磁铁、压力传感器和通信模块相连，以控制机器人和侦查模块工作，包括控制机器人的行走、侦查模块的检测、接收压力传感器的数据、控制电磁铁的开启、机器人与外界的通信等。所述通信模块用于机器人与外界的通信和数据传输。通信模块可通过2.4Gwifi，或者线控，或者加中继站的方式传输图片、视频等。机器人当然还包括电源模块等其它必需的单元模块，侦查摄像头自带补光单元，以应对管道内不良的光照条件。一般在管道外设置监控端，监控端可接收机器人传输的检测数据和图片，以及机器人的实时状态，包括机器人行走的位置、路线和行走异常情况等，监控端可为手机、平板或电脑。为满足管道侦查机器人的各种任务需要，如图1，所述侦查模块还可包括测厚仪、粉尘检测仪、测温仪、测氧仪、风速仪和湿度仪等中的一种或几种，所述测厚仪用于检测管壁的厚度，所述粉尘检测仪用于检测管道内的粉尘浓度，所述测温仪用于检测管道内的温度，所述测氧仪用于检测管道内的含氧量，所述风速仪用于检测管道内的风速，所述湿度仪用于检测管道内的湿度。

如图1，本发明的侦查机器人还包括设置在管道外的遥控器，所述遥控器通过LoRa无线通信模块与所述控制模块相连，配合监控端监控到的实时情况，由管道外的人员进行操作。LoRa(Long Range)是一种长距离通信技术，其最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。相比常见的wifi和蓝牙，LoRa信号能绕射5-6堵墙，配置好一些甚至可以绕射9-10堵墙，而普通wifi和蓝牙基本上3堵墙后就没什么信号了。本实施例中，如图1，对于远程遥控，选用LoRa Ra-02远程通信技术。

所述压力传感器为薄膜压力传感器。薄膜压力传感器厚度低至几百纳米到几十微米，可直接在被测零件表面制膜而不影响设备内部环境，制作简单，有利于实现结构/感知一体化制造。所述控制模块包括arduino控制板，本实施例中，如图1，选用Arduino MAGE2560处理器。

电磁铁吸附行走的方式可使机器人在管道内壁的各个角度和位置进行行走，因管道内壁的顶部相对积灰较少，更光滑，更适合于机器人吸附行走，使巡检等顺利，故优选两只所述机械脚通过电磁铁吸附在管道内壁的顶部进行行走，以进行悬挂巡查。

机器人上的机械脚如同现有的机械臂一样，可以在三维空间上自由移动，机械脚可采用现有机械臂的技术。

作为其中一种实施方式，如图2至图4，两只所述的机械脚具有相同的结构，每只机械脚均包括若干组双轴舵机和安装板(第一安装板26)，每组所述双轴舵机包括旋转驱动盒和U型活动支架，所述旋转驱动盒内设置有旋转驱动组件230，所述旋转驱动组件230输出轴的两端伸出于旋转驱动盒外，所述U型活动支架分别与所述输出轴的两端相连，旋转驱动组件230驱动U型活动支架相对于旋转驱动盒转动，若干所述双轴舵机通过旋转驱动盒与旋转驱动盒之间的连接、旋转驱动盒与U型活动支架之间的连接或U型活动支架与U型活动支架之间的连接依次相连，所述安装板(第一安装板26)与最底端的双轴舵机相连，所述电磁铁27和压力传感器28分别安装在所述安装板(第一安装板26)上。

双轴舵机的数量可根据实际来设置，各双轴舵机的连接和安装方式也可根据实际情况灵活调整，包括与安装板的连接方式，以及两机械脚的连接结构。

本实施例中，如图2、图4，每只机械脚上均包括有五组所述的双轴舵机，从上至下分别为第一双轴舵机21、第二双轴舵机22、第三双轴舵机23、第四双轴舵机24和第五双轴舵机25，以第一双轴舵机21为例，如图2，其包括第一旋转驱动盒211和第一U型活动支架212。所述第一双轴舵机21的U型活动支架(第一U型活动支架212)与第二双轴舵机22的U型活动支架垂直固定连接，使得两U型活动支架的旋转轴相互垂直；第二双轴舵机22的旋转驱动盒的与第三双轴舵机23的旋转驱动盒固定连接，所述第四双轴舵机24的旋转驱动盒上还固定安装有U型固定支架(第四U型固定支架243)，如图3，第四双轴舵机24包括第四旋转驱动盒241、第四U型活动支架242和第四U型固定支架243，所述第三双轴舵机23的U型活动支架与第四双轴舵机24的U型固定支架固定连接，第二双轴舵机22、第三双轴舵机23和第四双轴舵机24上的U型活动支架的旋转轴相互平行；所述第四双轴舵机24的U型活动支架与第五双轴舵机25的U型活动支架垂直固定连接，使得两U型活动支架的旋转轴相互垂直，所述安装板(第一安装板26)固定在所述第五双轴舵机25的旋转驱动盒上；两只机械脚上的第一双轴舵机21的旋转驱动盒(第一旋转驱动盒211)固定连接，两个第一双轴舵机21上的U型活动支架的旋转轴相互平行。

双轴舵机可市售，根据机器人的负荷选择合适扭矩的双轴舵机，第四双轴舵机24的旋转驱动盒上带U型固定支架(第四U型固定支架243)，该类型的双轴舵机也有市售产品供市场采购。旋转驱动盒内的旋转驱动组件230一般为伺服电机与齿轮组的驱动结构。采用多个双轴舵机相互连接组成机械脚，舵机具有不同的旋转方向，使得机械脚可在三维空间上自由活动，可以弯曲成不同高度、不同角度的姿势，两机械脚之间的相对角度可自由调节，机械脚落脚点的角度可灵活变动，以适应不同尺寸大小、不同弯曲角度的管道，且舵机为市场上常见配件，可自由选择，灵活装配成不同规格的机器人，维修更换方便。

作为其中另一种实施方式，如图5、图6，两只所述的机械脚通过连接板210相连，两只机械脚具有相同的结构，每只机械脚均包括旋转驱动组件230、关节220和安装板(第二安装板240)，若干所述关节220通过第一旋转轴依次相连成一条可转动弯曲的支腿，每个第一旋转轴处连接有一个所述的旋转驱动组件230，旋转驱动组件230用于驱动相邻两关节220相对转动；所述支腿的一端通过第二旋转轴与所述连接板210相连，所述第一旋转轴处亦设置有所述旋转驱动组件230，用于驱动支腿相对于连接板210转动；所述支腿的另一端通过第三旋转轴与所述安装板(第二安装板240)连接，所述第三旋转轴处亦设置有所述旋转驱动组件230，用于驱动安装板(第二安装板240)相对于支腿转动；所述电磁铁27和压力传感器28分别安装在所述安装板(第二安装板240)上，所述第二旋转轴分别与所述第一旋转轴和第三旋转轴的轴线方向相垂直。

旋转驱动组件230可为现有的伺服电机驱动构件，在关节220上安装伺服电机驱动构件。多个关节220组成的支腿使得支腿可灵活转动和弯曲，两个支腿可相对连接板210转动，使得两支腿可灵活分开或靠拢，支腿底部的安装板可相对支腿转动，使得可灵活调整两机械脚落脚点的角度，以适应不同规格的管道，这些结构使得两机械脚可在三维空间内灵活运动，并可弯曲成各种高度、角度和形状，以适应不同直径和角度的管道，从而实现在管道内壁内的自由行走，且结构简单。

所述侦查摄像头通过两组舵机安装在所述行走模块上，两组舵机可使调整侦查摄像头的位姿自由调节，以适应不同管道内径变换和不同弯折角度等。

一种管道侦查机器人的悬挂巡查方法，采用上述悬挂巡查的管道侦查机器人，包括如下步骤：

(1)管道侦查机器人通电后，通过遥控器发送吸附命令给管道侦查机器人，管道侦查机器人启动电磁铁，管道侦查机器人的两只机械脚通过电磁铁吸附在管道的内壁上，管道侦查机器人通过两只机械脚在管道内行走。机械脚行走的动作依靠机械脚上伺服电机的控制，两只机械脚交替吸附实现行走。优选两只机械脚在管道内壁的顶部行走，顶部积灰最少，有利于吸附行走，顺利通行。

(2)当管道侦查机器人行走至待检测的地点后，控制侦查模块对管道内情况进行探查，包括控制侦查摄像头运动以对管道内不同方位进行图像监控。当有其它探测设备时，开启相应的设备进行相应检测，并将检测数据及图像传回监控端。

如图7所示，管道侦查机器人通过两只机械脚在管道内行走的方法包括如下步骤：

S1、一只机械脚动作，吸附在管道的内壁上，通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，执行步骤S2，如吸附不正常则执行步骤S3；控制模块接收压力传感器的压力值，并与预设的压力值对比，大于或等于预设值表明吸附正常。

S2、另一只机械脚动作，吸附在管道的内壁上，并通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，按照步骤S1继续执行行走任务，如吸附不正常则执行步骤S3。

S3、机械脚退回至上一步吸附正常的位置处，并发送报告吸附不正常的信息。即当任一只机械脚吸附压力小时，均表明吸附不正常，有掉下的风险，不能继续行走，该机械脚需后退停下并发送吸附不正常信息，信息发送至监控端。监控端也可根据不正常报告情况判断和分析管道内的相应状况，尤其适合探索未知管道。

机器人行走前，应预先规划行走路线，指定需要巡查的检测点，行走路线一般遵循直线行走的原则。

如图7，为使机器人巡查工作顺利进行，S3步骤中当机械脚吸附不正常后退后，还需采取如下步骤或措施：

S31、当机械脚退回至上一步吸附正常的位置处后，该机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与上次吸附不正常位置不同的位置处，即该机械脚换位置重新吸附；

S32、通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，执行步骤S1；

S33、如吸附不正常则该机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与上次吸附不正常位置不同的位置处；

S34、重复执行S32和S33步骤直至该机械脚的吸附正常，然后(另一只机械脚)执行步骤S1；若该机械脚连续(指相连的几次压力判断均为不正常吸附)报告吸附不正常的次数超过设定值M(如五次)后，即该机械脚在该区域连续尝试吸附多次后仍不成功，表明该区域不正常，管道侦查机器人执行绕行程序，同时发送执行绕行程序的信息。设定值M可根据管道的实际情况和机器人的行走速度设定。

如图8，S34步骤中管道侦查机器人执行绕行程序包括如下步骤：

S341、为方便描述，设连续报告吸附不正常的次数超过设定值M的机械脚为第一机械脚，另一机械脚为第二机械脚，第一机械脚停留在上一步吸附正常的位置处，第二机械脚在上一步吸附正常的位置处再后退一步；

S342、第二机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与S341步骤中吸附正常位置不同的位置处，通过压力传感器判断第二机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则第二机械脚的动作完成，第一机械脚执行步骤S1；

S343、如吸附不正常则，第二机械脚按照S31至S34步骤执行，直至第二机械脚的吸附正常后，第一机械脚执行步骤S1；

S344、若第二机械脚连续(指相连的几次压力判断均为不正常吸附)报告吸附不正常的次数超过设定值M(如五次)，则第二机械脚停留在S341步骤中吸附正常的位置处，第一机械脚在S341步骤中吸附正常的位置处再后退一步，即退回至上上一步吸附正常的位置处；

S345、第一机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与S344步骤中吸附正常位置不同的位置处，通过压力传感器判断第一机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则第一机械脚的动作完成，第二机械脚执行步骤S1；

S346、如吸附不正常则，第一机械脚按照S31至S34步骤执行，直至第一机械脚的吸附正常后，第二机械脚执行步骤S1；

S347、若第一机械脚连续(指相连的几次压力判断均为不正常吸附)报告吸附不正常的次数超过设定值M(如五次)，则第一机械脚停留在S344步骤中后退后吸附正常的位置处；

S348、循环执行S341至S347步骤，直至管道侦查机器人到达下一个检测点；即第一机械脚和第二机械脚通过后退试探不同的可吸附行走的点来达到绕行的目的；

S349、若第一机械脚和第二机械脚后退的总步数超过设定值N(如十步)时，表明管道内不正常，管道侦查机器人执行(按照原路线)返航程序，返航的路线可按照原来时的路线，各机械脚的吸附点与来时的吸附点一致。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种悬挂巡查的管道侦查机器人，其特征在于，包括行走模块、侦查模块、电磁铁、压力传感器、控制模块和通信模块，所述行走模块包括用于在管道内行走的两只机械脚，所述电磁铁分别设置在两只所述机械脚的底部，用于吸附住管道的内壁进行行走，所述压力传感器设置在所述电磁铁上与管道内壁接触的位置处，用于感应机械脚与管道内壁之间的吸附力，以判断机械脚是否吸附正常，以保证正常行走；所述侦查模块、控制模块和通信模块设置在所述行走模块上，所述侦查模块用于探查管道内情况，其包括侦查摄像头，所述控制模块分别与所述行走模块、侦查模块、电磁铁、压力传感器和通信模块相连，以控制机器人工作，所述通信模块用于机器人与外界的通信和数据传输。

2.根据权利要求1所述的一种悬挂巡查的管道侦查机器人，其特征在于，所述侦查模块还包括测厚仪、粉尘检测仪、测温仪、测氧仪、风速仪和湿度仪中的一种或几种，所述测厚仪用于检测管壁的厚度，所述粉尘检测仪用于检测管道内的粉尘浓度，所述测温仪用于检测管道内的温度，所述测氧仪用于检测管道内的含氧量，所述风速仪用于检测管道内的风速，所述湿度仪用于检测管道内的湿度。

3.根据权利要求1所述的一种悬挂巡查的管道侦查机器人，其特征在于，两只所述的机械脚通过连接板相连，两只机械脚具有相同的结构，每只机械脚均包括旋转驱动组件、关节和安装板，若干所述关节通过第一旋转轴依次相连成一条可转动弯曲的支腿，每个第一旋转轴处连接有一个所述的旋转驱动组件，旋转驱动组件用于驱动相邻两关节相对转动；所述支腿的一端通过第二旋转轴与所述连接板相连，所述第一旋转轴处亦设置有所述旋转驱动组件，用于驱动支腿相对于连接板转动；所述支腿的另一端通过第三旋转轴与所述安装板连接，所述第三旋转轴处亦设置有所述旋转驱动组件，用于驱动安装板相对于支腿转动；所述电磁铁和压力传感器分别安装在所述安装板上，所述第二旋转轴分别与所述第一旋转轴和第三旋转轴的轴线方向相垂直。

4.根据权利要求1所述的一种悬挂巡查的管道侦查机器人，其特征在于，两只所述的机械脚具有相同的结构，每只机械脚均包括若干组双轴舵机和安装板，每组所述双轴舵机包括旋转驱动盒和U型活动支架，所述旋转驱动盒内设置有旋转驱动组件，所述旋转驱动组件输出轴的两端伸出于旋转驱动盒外，所述U型活动支架分别与所述输出轴的两端相连，旋转驱动组件驱动U型活动支架相对于旋转驱动盒转动，若干所述双轴舵机通过旋转驱动盒与旋转驱动盒之间的连接、旋转驱动盒与U型活动支架之间的连接或U型活动支架与U型活动支架之间的连接依次相连，所述安装板与最底端的双轴舵机相连，所述电磁铁和压力传感器分别安装在所述安装板上。

5.根据权利要求4所述的一种悬挂巡查的管道侦查机器人，其特征在于，每只机械脚上均包括有五组所述的双轴舵机，从上至下分别为第一双轴舵机、第二双轴舵机、第三双轴舵机、第四双轴舵机和第五双轴舵机，所述第一双轴舵机的U型活动支架与第二双轴舵机的U型活动支架垂直固定连接，使得两U型活动支架的旋转轴相互垂直；第二双轴舵机的旋转驱动盒的与第三双轴舵机的旋转驱动盒固定连接，所述第四双轴舵机的旋转驱动盒上还固定安装有U型固定支架，所述第三双轴舵机的U型活动支架与第四双轴舵机的U型固定支架固定连接，第二双轴舵机、第三双轴舵机和第四双轴舵机上的U型活动支架的旋转轴相互平行；所述第四双轴舵机的U型活动支架与第五双轴舵机的U型活动支架垂直固定连接，使得两U型活动支架的旋转轴相互垂直，所述安装板固定在所述第五双轴舵机的旋转驱动盒上；两只机械脚上的第一双轴舵机的旋转驱动盒固定连接，两个第一双轴舵机上的U型活动支架的旋转轴相互平行。

6.根据权利要求1所述的一种悬挂巡查的管道侦查机器人，其特征在于，还包括设置在管道外的遥控器，所述遥控器通过LoRa无线通信模块与所述控制模块相连，所述压力传感器为薄膜压力传感器，所述控制模块包括arduino控制板；所述侦查摄像头通过两组舵机安装在所述行走模块上，以自由调节侦查摄像头的位姿；两只所述机械脚通过电磁铁吸附在管道内壁的顶部进行行走，以进行悬挂巡查。

7.一种管道侦查机器人的悬挂巡查方法，采用如权利要求1至6任一项所述的悬挂巡查的管道侦查机器人，其特征在于，包括如下步骤：

管道侦查机器人通电后，发送吸附命令给管道侦查机器人，管道侦查机器人启动电磁铁，管道侦查机器人的两只机械脚吸附在管道的内壁上，管道侦查机器人通过两只机械脚在管道内行走；

当管道侦查机器人行走至待检测的地点后，控制侦查模块对管道内情况进行探查，包括控制侦查摄像头运动以对管道内不同方位进行图像监控，并发送管道探测数据及管道侦查机器人状态信息。

8.根据权利要求7所述的一种管道侦查机器人的悬挂巡查方法，其特征在于，管道侦查机器人通过两只机械脚在管道内行走的方法包括如下步骤：

S1、一只机械脚动作，吸附在管道的内壁上，通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，执行步骤S2，如吸附不正常则执行步骤S3；

S2、另一只机械脚动作，吸附在管道的内壁上，并通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，按照步骤S1继续执行行走任务，如吸附不正常则执行步骤S3；

S3、机械脚退回至上一步吸附正常的位置处，并发送报告吸附不正常的信息。

9.根据权利要求8所述的一种管道侦查机器人的悬挂巡查方法，其特征在于，S3步骤还包括如下过程：

S31、当机械脚退回至上一步吸附正常的位置处后，该机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与上次吸附不正常位置不同的位置处；

S32、通过压力传感器判断该机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则该机械脚的动作完成，执行步骤S1；

S33、如吸附不正常则该机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与上次吸附不正常位置不同的位置处；

S34、重复执行S32和S33步骤直至该机械脚的吸附正常，然后执行步骤S1；若该机械脚连续报告吸附不正常的次数超过设定值M后，表明该区域不正常，管道侦查机器人执行绕行程序。

10.根据权利要求9所述的一种管道侦查机器人的悬挂巡查方法，其特征在于，S34步骤中管道侦查机器人执行绕行程序包括如下步骤：

S341、设连续报告吸附不正常的次数超过设定值M的机械脚为第一机械脚，另一机械脚为第二机械脚，第一机械脚停留在上一步吸附正常的位置处，第二机械脚在上一步吸附正常的位置处再后退一步；

S342、第二机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与S341步骤中吸附正常位置不同的位置处，通过压力传感器判断第二机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则第二机械脚的动作完成，第一机械脚执行步骤S1；

S343、如吸附不正常则，第二机械脚按照S31至S34步骤执行，直至第二机械脚的吸附正常后，第一机械脚执行步骤S1；

S344、若第二机械脚连续报告吸附不正常的次数超过设定值M，则第二机械脚停留在S341步骤中吸附正常的位置处，第一机械脚在S341步骤中吸附正常的位置处再后退一步；

S345、第一机械脚再次动作并吸附在管道内壁上与S344步骤中吸附正常位置不同的位置处，通过压力传感器判断第一机械脚的吸附是否正常，如吸附正常则第一机械脚的动作完成，第二机械脚执行步骤S1；

S346、如吸附不正常则，第一机械脚按照S31至S34步骤执行，直至第一机械脚的吸附正常后，第二机械脚执行步骤S1；

S347、若第一机械脚连续报告吸附不正常的次数超过设定值M，则第一机械脚停留在S344步骤中后退后吸附正常的位置处；

S348、循环执行S341至S347步骤，直至管道侦查机器人到达下一个检测点；

S349、若第一机械脚和第二机械脚后退的总步数超过设定值N时，表明管道内不正常，管道侦查机器人执行返航程序。

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