CN204641937U - 一种煤气管道智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤气管道智能巡检机器人，属于智能机器人技术领域。本实用新型的控制电路单元采用STC单片机，机械结构单元包括机器人本体以及平均设置于机器人本体两侧的6只机械脚，机械脚的底部携带有电磁铁，STC单片机控制6只机械脚的18个舵机的协同转动和6个电磁铁的信号通断；无线遥控单元采用航模遥控器，用于远程遥控机器人动作；传感器及视频采集单元安装于机器人本体上，该传感器及视频采集单元用于采集作业现场环境信息；无线通讯单元用于与上位机进行通讯；供电单元为整个机器人系统供电。本实用新型基于电磁铁吸附技术，可以良好地吸附煤气管道的铁质管壁，对壁面的凹凸适应性好，吸附能力强，使用效果好。

Description

一种煤气管道智能巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及智能机器人技术领域，更具体地说，涉及一种煤气管道智能巡检机器人。

背景技术

机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是一种模仿人操作、高速运行、重复操作的自动化设备。机器人技术的出现和发展，不仅使传统工业生产和科学研究发生了革命性的变化，对人类的社会生产和生活也产生了深远的影响。

目前，世界各国都在积极研发各种形式的机器人，广泛应用于军事、科研、工业、民用等领域，已经研发出来并有应用价值的机器人有数万种。21世纪是高水平、多功能、智能机器人发展的一个关键时期，机器人如何应付复杂地形，特别是进行爬墙、爬管道等高难度作业是当今机器人发展的前沿课题之一。正如美国国防部高级研究计划署(DARPA)所指出的那样，具有爬墙能力的机器人，特别是可以让机器人爬上垂直墙壁的好处众多，其中最为突出的就是它具有更为广阔的工作空间，相比传统机器人，其不但可以适应多种地形，还可以进行高空极限作业。可以代替人工在高空、毒气毒液、辐射、水下等高危环境下进行特种作业，在航空、航天、国防、热电厂、造船业、核工业、石化天然气，水暖供应业等领域有广泛的应用。

当前世界上研制的可用于爬墙、爬管道的机器人主要有两种：一种是美国军方开发的电胶技术，它可用于大多数壁面，但缺点是不可沾水；另一种是壁虎式挂钩，但其只可用于摩擦系数较大的壁面。现在，世界各国、各组织都在积极研制可用于攀爬的机器人，但已有攀爬机器人在使用效果上仍不尽理想，需进一步探索。

经检索，中国专利号ZL201210258867.8，授权公告日2014年7月30日，发明创造名称为：仿生攀爬机器人；该申请案包括躯干、设置于躯干后端的尾部与覆盖于躯干上的外壳。躯干上对称设有若干腿部，每个腿部末端相应设有脚部；脚部包括铰关节、零位弹簧、电磁铁、脚掌外壳、钩爪、柔性片和倒刺形刀片；铰关节一端与腿部连接，另一端与置于脚掌外壳内的电磁铁的一端连接；零位弹簧设于铰关节与脚掌外壳之间，且零位弹簧与电磁铁同轴心；另外，脚掌外壳底部的后端设有柔性片，柔性片上嵌有倒刺形钢制刀片；钩爪通过光轴安装在脚掌外壳的前端。该申请案设计了一种复合两种攀爬模式的模块，可实现在光滑钢铁表面及粗糙墙面或树干上攀爬，但该申请案结构复杂，制造成本高，在应用上受到限制。

中国专利号ZL201420307888.9，授权公告日2014年12月3日，发明创造名称为：一种气动六足壁面爬行机器人；该申请案包括控制器、气缸、吸盘、真空阀、电磁阀，控制器控制机器人运动路线，在控制器上设置有启停开关，电磁阀设置在气缸上控制气缸运动，真空阀设置在吸盘上控制吸盘的真空度，气缸与吸盘相互连接，控制气缸的上升下降带动真空阀启闭以控制吸盘的吸合。该申请案以吸盘组的形式进行吸附使得爬行机器人受作业环境、受力状态等条件的限制减小。但吸盘式机器人对壁面的凹凸适应性及吸附能力仍有所欠缺，使用效果不理想。

发明内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型为解决诸如钢制煤气管道等危险区域或者高空钢制管道，人不宜到达且常规机器人也无法进行巡检探测的问题，提供了一种煤气管道智能巡检机器人，本实用新型的智能巡检机器人基于电磁铁吸附技术，可以良好地吸附煤气管道的铁质管壁，对壁面的凹凸适应性好，吸附能力强，使用效果好。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种煤气管道智能巡检机器人，包括供电单元、控制电路单元、机械结构单元、无线遥控单元、传感器及视频采集单元和无线通讯单元，其中：

所述的控制电路单元采用STC单片机，所述的机械结构单元包括机器人本体以及平均设置于机器人本体两侧的6只机械脚，所述机械脚的脚底部携带有电磁铁，STC单片机控制6只机械脚的18个舵机的协同转动和6个电磁铁的信号通断；

所述的无线遥控单元采用航模遥控器，该航模遥控器用于远程遥控机器人动作；所述的传感器及视频采集单元安装于机器人本体上，该传感器及视频采集单元用于采集作业现场环境信息；所述的无线通讯单元用于与上位机进行通讯；所述的供电单元为整个机器人系统供电。

更进一步地，所述的机器人本体为立方体结构，机械脚位于立方体两侧下端，所述的机械脚分为两部分，上半部分有180度的自由度，下半部分往相反方向有90度的自由度。

更进一步地，所述的6只机械脚分为两组，以一边的前足、后足与另一边的中足为一组，形成三角架支撑机器人本体。

更进一步地，所述机械脚底部的电磁铁吸力为43kg。

更进一步地，所述的供电单元包括2个独立的供电模块，控制电路单元采用容量为7.4V、1200mA的锂电池供电，电磁铁单独采用容量为12V、4500mA的锂电池供电。

更进一步地，所述的机器人本体上设有有线供电接口。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种煤气管道智能巡检机器人，采用电磁盘六足式“蜘蛛”脚，电磁式吸附实现机器人与管道之间的离、合，较永磁吸附容易的多，且移动迅速；采用六足式可以大大提高机器人的平衡性，保证机器人在高空管道可靠吸附和自由行走，与现有机器人相比，本实用新型的智能巡检机器人对壁面的凹凸适应性强，吸附力远大于真空吸附方式，不存在真空漏气，控制较方便；

(2)本实用新型的一种煤气管道智能巡检机器人，搭载有摄像头，可以对煤气管道外部环境进行实时拍摄，以检查煤气管道外部的腐蚀程度；同时，还搭载有煤气传感器，能够对煤气管道是否泄漏进行实时检测，以判断煤气管道当前状态。

附图说明

图1为本实用新型的一种煤气管道智能巡检机器人的结构框图；

图2中的(a)～(f)为本实用新型中机器人六足行走的示意图；

图3为本实用新型中机器人六足行走的控制流程图。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

参看图1，本实施例的一种煤气管道智能巡检机器人，包括供电单元、控制电路单元、机械结构单元、无线遥控单元、传感器及视频采集单元和无线通讯单元，其中：

所述的控制电路单元采用STC单片机作为主控芯片的舵机专用控制器。所述的机械结构单元包括机器人本体以及6只机械脚，机器人本体和6只机械脚均采用铝制材料制成，使得整个机器人的机械结构轻便而坚固。参看图2，所述的机器人本体为立方体结构，6只机械脚平均设置于机器人本体两侧且位于立方体两侧下端，每只机械脚的脚底部分各携带一个最大能够提供43kg吸力的小型圆柱体电磁铁吸盘，其表面积大概为9平方厘米。6只机械脚作为支撑和运动支架，分为两部分：上半部分有180度的自由度，下半部分往相反的方向也有90度的自由度，可以实现折叠。机械脚和机器人本体构成了机器人的基本运动单元。本实施例中STC单片机主要用于控制6只机械脚的18个舵机的协同转动和6个电磁铁的信号通断。

所述的无线遥控单元采用航模遥控器，传输协议是2.4G无线协议。该航模遥控器用于远程遥控机器人动作，航模遥控器的优点在于空间信道容量大，不易被干扰，适用于多遥控器共同使用的复杂电磁环境，加之其传输距离远，理论距离可以达到100米。本实施例选用航模遥控器有助于攀爬高空煤气管道进行作业。所述的传感器及视频采集单元包括摄像头和煤气传感器，摄像头和煤气传感器均安装于机器人本体上，摄像头可以对煤气管道外部环境进行实时拍摄，以检查煤气管道外部的腐蚀程度，煤气传感器则能够对煤气管道是否泄漏进行实时检测，以判断煤气管道当前状态。所述的无线通讯单元用于与上位机进行通讯，摄像头和煤气传感器采集的环境信息先发送给STC单片机，STC单片机将信息进行处理后，采用无线串口方式将信息传输给上位机，方便工作人员远程监控煤气管道运行状态及其周围环境。

本实施例的供电单元包括2个独立的供电模块，控制电路单元部分采用容量为7.4V、1200mA的锂电池供电，为了避免电磁铁吸合时产生的4A大电流对STC单片机及其辅助电路产生冲击，电磁铁单独采用容量为12V、4500mA的锂电池供电。充满电后，整个机器人系统可持续工作46分钟。此外，本实施例在机器人本体上还留有有线供电接口，用于长时间工作以及有电磁干扰等不适宜无线供电的复杂环境下为机器人供电。

参看图3，本实施例的巡检机器人把6只机械脚分为两组，以一边的前足、后足与另一边的中足为一组，形成三角架支撑机器人本体。因此在同一时间，只有一组的3只机械脚起支撑作用，前足用爪固定物体后，拉动机器人本体前进，中足用以支撑并举起所属一边的身体，后足则推动机器人本体前进，同时使机器人本体转向，行走时机器人本体向前，并稍向外转，3只机械脚同时行动，然后在与另一组3只机械脚交替进行，直线行走时的步态如图2中的(a)～(f)所示。

机器人开始运动时左侧2号脚和右侧4、6号脚抬起，准备向前摆动，另外3只机械脚1、3、5号处于支撑状态，支撑机器人本体确保机器人的原有重心处于3只机械脚所构成的三角形内，使机器人处于稳定状态不至于摔倒(参看图2中的(a))，摆动2、4、6号机械脚向前跨步(参看图2中的(b))，1、3、5号机械脚一面支撑机器人本体，一面在小型直流电驱动电机和皮带传动机构的作用下驱动机器人本体，使机器人本体向前运动一个半步长S(参看图2中的(c))，在机器人本体移动到位时，摆动2、4、6号机械脚立即放下呈支撑状态，使机器人本体的重心位于2、4、6号机械脚所构成的三角形稳定区内，原1、3、5号机械脚已抬起并准备向前跨步(参看图2中的(d))，摆动1、3、5号机械脚向前跨步(参看图2中的(e))，2、4、6号机械脚此时一面支撑机器人本体，一面驱动机器人本体使机体向前运动一个步长S(参看图2中的(f))。如此重复步态，循环往复实现机器人不断向前运动。在机器人希望转弯时，6只机械脚的运动顺序与直行时基本相同，唯一不同在于在期望转向的那一侧的3只机械脚运动方向完全逆向，例如，当希望机器人向左转向时，机器人右侧3只机械脚的运动完全逆向，但是运动速度与运动相位保持不变，值得注意的是，这样运动实现的转向，是在原地实现的，即当时转向时机器人本身不会出现平移。

本实施例的一种煤气管道智能巡检机器人，通过遥控的方式在煤气管道外部任意角度方向前进或后退。采用电磁盘六足式“蜘蛛”脚，电磁式吸附实现机器人与管道之间的离、合较永磁吸附容易的多，且移动迅速；采用六足式可以大大提高机器人的平衡性，保证机器人在高空管道可靠吸附和自由行走；与现有机器人相比，该机器人可跨较大的障碍，吸力大，克服了空气式机器人在壁面凹凸不平时，容易使吸盘漏气，从而使吸附力下降，承载能力降低设备负载的缺点。磁铁式机器人对壁面的凹凸适应性强，吸附力远大于真空吸附方式，不存在真空漏气，控制较方便。值得说明的是，本实施例的巡检机器人不止局限于煤气管道巡检作业，可用来代替员工在辐射强、浓烟、有毒气体、障碍物多、化学腐蚀等恶劣环境中进行巡检。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种煤气管道智能巡检机器人，包括供电单元、控制电路单元、机械结构单元，其特征在于：还包括无线遥控单元、传感器及视频采集单元和无线通讯单元，其中：

所述的控制电路单元采用STC单片机，所述的机械结构单元包括机器人本体以及设置于机器人本体两侧的6只机械脚，所述机械脚的脚底部携带有电磁铁，STC单片机控制6只机械脚的18个舵机的协同转动和6个电磁铁的信号通断；

所述的无线遥控单元采用航模遥控器，该航模遥控器用于远程遥控机器人动作；所述的传感器及视频采集单元安装于机器人本体上，该传感器及视频采集单元用于采集作业现场环境信息；所述的无线通讯单元用于与上位机进行通讯；所述的供电单元为整个机器人系统供电。

2.根据权利要求1所述的一种煤气管道智能巡检机器人，其特征在于：所述的机器人本体为立方体结构，机械脚位于立方体两侧下端，所述的机械脚分为两部分，上半部分有180度的自由度，下半部分往相反方向有90度的自由度。

3.根据权利要求2所述的一种煤气管道智能巡检机器人，其特征在于：所述的6只机械脚分为两组，以一边的前足、后足与另一边的中足为一组，形成三角架支撑机器人本体。

4.根据权利要求3所述的一种煤气管道智能巡检机器人，其特征在于：所述机械脚底部的电磁铁吸力为43kg。

5.根据权利要求2～4任一项所述的一种煤气管道智能巡检机器人，其特征在于：所述的供电单元包括2个独立的供电模块，控制电路单元采用容量为7.4V、1200mA的锂电池供电，电磁铁单独采用容量为12V、4500mA的锂电池供电。

6.根据权利要求5所述的一种煤气管道智能巡检机器人，其特征在于：所述的机器人本体上设有有线供电接口。