一种管道机器人系统

摘要

本发明公开了一种管道机器人系统，包括机械子系统、运动控制子系统、气体检测子系统、布线子系统、视频子系统、通讯子系统及控制台，所述机械子系统用于承载运动控制子系统、气体检测子系统、布线子系统、视频子系统及通讯子系统，并通过通讯子系统与控制台进行通讯；具有密闭光滑的结构，轮子呈十字形，可避免其他线缆和杂物的缠绕和阻挡，具有很高的实用价值。实现在管道里布线和检查，能够克服污泥和其他管线的陷入，能够避免异物缠绕，能够清理前方的污泥等杂物。

权利要求

1.一种管道机器人系统，其特征在于：包括机械子系统、运动控制子系统、气体检测子系统、布线子系统、视频子系统、通讯子系统及控制台，所述机械子系统用于承载运动控制子系统、气体检测子系统、布线子系统、视频子系统及通讯子系统，并通过通讯子系统与控制台进行通讯；

所述机械子系统包括壳体、轮子、轮子伸缩杆，所述轮子通过轮子伸缩杆连接在壳体外部，所述壳体成光滑的长方体胶囊状，前部和后部为椭圆形凸起；

所述运动控制子系统包括主控板、电机控制器、直流电机及超声波模块，所述直流电机经电机控制器与主控板连接，直流电机用于驱动机械子系统，所述超声波模块与主控板通信连接，所述主控板接受控制台的控制命令，所述超声波模块位于壳体前部，用于判断障碍，超声波模块检测管壁的直径后，主控板控制轮子伸缩杆的长度，使轮子能够紧紧抓住管壁；在接到前进指令后，主控板读取超声波模块的数据，判断前方有无障碍物，当某个轮子遇到阻碍物时，将自动向后弯曲，紧贴壳体；依靠其余轮子继续向前运动；通过障碍物后，轮子又恢复伸直，继续转动；如无，则系统自检后，控制电机控制器驱动轮子转动，继续前进；

所述气体检测子系统包括CO气体传感器、CO2气体传感器和甲烷气体传感器，各种传感器安装在壳体的后上方，各传感器与主控板通信连接，可以实时监测管道内各种气体的浓度，反馈主控板后回传控制台；

所述布线子系统包括闭环挂钩和挂钩伸缩杆，所述闭环挂钩连接在挂钩伸缩杆的前端，所述挂钩伸缩杆设置在壳体内后部，且通过壳体后部的孔可以伸出壳体外；将需要布的线缆挂在壳体后方的闭环挂钩上，布置线缆时，挂钩伸缩杆在控制台的指令下伸出，以便安装线缆；安装好后，由控制台控制，挂钩伸缩杆回缩壳体内；

所述视频子系统包括摄像机和视频编码器，所述摄像机安装在壳体内前后方的中心位置，透过壳体的保护玻璃进行摄像；采集的视频由视频编码器编码压缩后，实时回传控制台；

所述通讯子系统采用Wifi模块、4G模块、3G模块或光纤模块，可根据情况任意选择组合，以无线或有线方式与控制台实时通讯。

2.根据权利要求1所述的一种管道机器人系统，其特征在于：所述超声波模块有2个，超声波模块安装在伸缩杆前方的壳体前部，一个在电机控制下沿壳体界面做圆周运动，实时测量各方向上壳壁与管道壁的距离；另一个测量前方的障碍物。

说明书

一种管道机器人系统

技术领域

[0001] 本发明涉及机械电子信息技术领域，具体涉及一种管道机器人系统。

背景技术

[0002] 目前的管道机器人，多采用轮式，或可以管道布线、或可以管道内壁检查，或可以管道气体检测，但也有不足。不足有：1)轮子位于管道机器人下方，如果管道里有杂物和其他管线，一般落在管道下半部，容易发生陷入和缠绕；2)轮子位置固定，在管道被污泥等杂物堵塞处，无法前进。3)功能单一，无法同时具备管道布线、管道内壁检查和管道气体检测的功能。

发明内容

[0003] 本发明公开了一种管道机器人系统，实现在管道里同时具备管道布线、管道内壁检查和管道气体检测功能，能够克服污泥和其他管线的陷入，能够避免异物缠绕，能够穿越前方的污泥等杂物，具有较强的适应性。

[0004] 本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

[0005] 一种管道机器人系统，包括机械子系统、运动控制子系统、气体检测子系统、布线子系统、视频子系统、通讯子系统及控制台，所述机械子系统用于承载运动控制子系统、气体检测子系统、布线子系统、视频子系统及通讯子系统，并通过通讯子系统与控制台进行通讯；

[0006] 所述机械子系统包括壳体、轮子、轮子伸缩杆，所述轮子通过轮子伸缩杆连接在壳体外部，所述壳体成光滑的长方体胶囊状，前部和后部为椭圆形凸起；所述轮子设有8个，分前后2部分4组，每组呈十字对称；壳体材料对超声波“透明”，使得壳体内超声波模块可以测量壳壁与管道壁的距离和测量前方的障碍物；

[0007] 所述运动控制子系统包括主控板、电机控制器、直流电机及超声波模块，所述直流电机经电机控制器与主控板连接，直流电机用于驱动机械子系统，所述超声波模块与主控板通信连接，所述主控板接受控制台的控制命令，所述超声波模块位于壳体前部，用于判断障碍，超声波模块检测管壁的直径后，主控板控制轮子伸缩杆的长度，使轮子能够紧紧抓住管壁；在接到前进指令后，主控板读取超声波模块的数据，判断前方有无障碍物，当某个轮子遇到阻碍物时，将自动向后弯曲，紧贴壳体；依靠其余7个轮子继续向前运动；通过障碍物后，轮子又恢复伸直，继续转动；如无，则系统自检后，控制电机控制器驱动轮子转动，继续前进；

[0008] 所述超声波模块有2个，超声波模块安装在伸缩杆前方的壳体前部，一个在电机控制下沿壳体界面做圆周运动，实时测量各方向上壳壁与管道壁的距离；另一个测量前方的障碍物；

[0009] 所述气体检测子系统包括CO气体传感器、CO2气体传感器和甲烷气体等传感器，各种传感器安装在壳体的后上方，各传感器与主控板通信连接，可以实时监测管道内各种气体的浓度，反馈主控板后回传控制台；

[0010] 所述布线子系统包括闭环挂钩和挂钩伸缩杆，所述闭环挂钩连接在挂钩伸缩杆的前端，所述挂钩伸缩杆设置在壳体内后部，且通过壳体后部的孔可以伸出壳体外；将需要布的线缆挂在壳体后方的闭环挂钩上，布置线缆时，挂钩伸缩杆在控制台的指令下伸出，以便安装线缆；安装好后，由控制台控制，挂钩伸缩杆回缩壳体内，以固定和保护线缆接头盒及闭环挂钩，也防止闭环挂钩在前进时挂住异物；

[0011] 所述视频子系统包括摄像机和视频编码器，所述摄像机安装在壳体内前后方的中心位置，透过壳体的保护玻璃进行摄像；采集的视频由视频编码器编码压缩后，实时回传控制台；

[0012] 所述通讯子系统采用Wifi模块、4G模块、3G模块或光纤模块，可根据情况任意选择组合，以无线或有线方式与控制台实时通讯；

[0013] 所述超声波模块有2个，超声波模块安装在伸缩杆前方的壳体前部，一个在电机控制下沿壳体界面做圆周运动，实时测量各方向上壳壁与管道壁的距离；另一个测量前方的障碍物，形成对管道内全方位感应，无任何感应死角。

[0014] 本系统将主控板、摄像机、传感器，等部件都放在壳体内部，这样可以防止异物阻塞部件，引起故障。

[0015] 本发明的有益效果是：本系统同时具备管道布线、管道内壁检查和管道气体检测功能，具有胶囊状密闭光滑的结构，轮子呈十字形，能够自动伸缩，克服污泥和其他管线的陷入，能够避免异物缠绕，能够穿越前方的污泥等杂物，具有很高的实用价值。

附图说明

[0016] 图1为本发明系统方框模块图；

[0017] 图2为本发明运动控制子系统方框模块图；

[0018] 图3为本发明机械结构俯视图；

[0019] 图4为本发明机械结构后视图。

具体实施方式

[0020] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

[0021] 参见图1-4：

[0022] 一种管道机器人，包括机械子系统10、运动控制子系统20、气体检测子系统30、布线子系统40、视频子系统50、通讯子系统60及控制台70，所述机械子系统10用于承载运动控制子系统20、气体检测子系统30、布线子系统40、视频子系统50及通讯子系统60，并通过通讯子系统60与控制台50进行通讯；

[0023] 机械子系统10包括壳体101、轮子102、轮子伸缩杆103，所述轮子102通过轮子伸缩杆103连接在壳体101外部，所述壳体101成光滑的长方体胶囊状，前部和后部为椭圆形凸起；所述轮子102设有8个，分前后2部分4组，每组呈十字对称；

[0024] 运动控制子系统20包括主控板201、电机控制器202、直流电机203及超声波模块204，所述直流电机203经电机控制器202与主控板201连接，直流电机203用于驱动机械子系统10，所述超声波模块204与主控板201通信连接，所述主控板201接受控制台70的控制命令，所述超声波模块204位于壳体101前部，用于判断障碍，超声波模块204检测管壁的直径后，主控板201控制轮子伸缩杆103的长度，使轮子102能够紧紧抓住管壁；在接到前进指令后，主控板201读取超声波模块204的数据，判断前方有无障碍物，当某个轮子102遇到阻碍物时，将自动向后弯曲，紧贴壳体101；依靠其余7个轮子102继续向前运动；通过障碍物后，轮子102又恢复伸直，继续转动；如无，则系统自检后，控制电机控制器202驱动轮子102转动，继续前进；

[0025] 气体检测子系统30包括CO气体传感器、CO2气体传感器和甲烷气体等传感器，各种传感器安装在壳体101的后上方，各传感器与主控板201通信连接，可以实时监测管道内各种气体的浓度，反馈主控板201后回传控制台70；

[0026] 布线子系统40包括闭环挂钩402和挂钩伸缩杆401，所述闭环挂钩402连接在挂钩伸缩杆401的前端，所述挂钩伸缩杆401设置在壳体101内后部，且通过壳体101后部的孔可以伸出壳体101外；将需要布的线缆挂在壳体101后方的闭环挂钩402上，布置线缆时，挂钩伸缩杆401在控制台70的指令下伸出，以便安装线缆；安装好后，由控制台70控制，挂钩伸缩杆401回缩壳体101内，以固定和保护线缆接头盒及闭环挂钩402，也防止闭环挂钩402在前进时挂住异物；

[0027] 视频子系统50包括摄像机501和视频编码器，所述摄像机501安装在壳体101内前后方的中心位置，透过壳体101的保护玻璃进行摄像；采集的视频由视频编码器编码压缩后，实时回传控制台70；

[0028] 通讯子系统60采用Wifi模块、4G模块、3G模块或光纤模块，可根据情况任意选择组合，以无线或有线方式与控制台实时通讯；

[0029] 超声波模块204主有2个，超声波模块204主安装在伸缩杆前方的壳体前部，一个在电机控制下沿壳体界面做圆周运动，实时测量各方向上壳壁与管道壁的距离；另一个测量前方的障碍物，形成对管道内全方位感应，无任何感应死角。

[0030] 本系统将主控板、摄像机、传感器，等部件都放在壳体内部，这样可以防止异物阻塞部件，引起故障。

[0031] 工作过程如下：

[0032] 管道机器人进入管道，在管道里行走，退出管道的动作和控制过程描述如下：

[0033] 管道机器人进入管道前，呈一个胶囊，所有伸缩杆收回壳体；

[0034] 管道机器人送入管道口后，管道外的控制台输出启动指令；胶囊内控制板收到启动指令后，先系统自检，然后对管壁四周进行超声波检测，得到壳体距四周管道壁的距离；然后控制板控制所有伸缩杆伸出壳体，伸出的长度为减去轮子直径后壳体到管壁的距离，使所有轮子能够紧紧抓住管壁；然后对前方进行超声波检测，判断前方有无障碍物，如有，则报警，等待新指令；如无，则控制电机控制器驱动电机，使轮子转动；系统自检管道机器人向前运动；

[0035] 在运动过程中，超声波连续测量壳体距四周管道壁的距离，以及对前方进行超声波检测，判断前方有无障碍物；当测量到某个轮子方向上，壳体距管道壁的距离变小，则立即缩小该轮子上伸缩杆的伸缩距离，直至将该轮子缩回壳体；反之则伸长；以这样的方式跨越管壁上障碍物；

[0036] 管道机器人穿越管道，进行布线；需要布线的线缆挂在壳体后方的闭环挂钩上；安装线缆时，挂钩伸缩杆伸出壳体，以便安装线缆；线缆挂钩末端是夹子，可以固定线缆；安装好后，由控制台控制，挂钩伸缩杆回缩壳体内，以固定和保护线缆头和线缆挂钩，也防止线缆挂钩在前进时挂住异物；穿线结束后，在控制台控制下，挂钩伸缩杆伸出壳体，以便解开线缆；

[0037] 管道机器人在管道内运动时，实时进行气体检测；本系统的气体检测子系统，由CO气体传感器、CO2气体传感器、甲烷气体等传感器组成；各种传感器安装在壳体的后上方，可以实时监测管道内各种气体的浓度；各种传感器的测量值由控制板读取，上传管道外的控制台；

[0038] 管道机器人在管道内运动时，实时摄像；摄像机安装在壳体内前后方的中心，透过保护玻璃摄像；摄像机镜头采用全景镜头；采集的视频由视频编码模块编码压缩后，控制板实时回传控制台；采集的图像可用来检查管道内壁的损坏情况；

[0039] 到达管道另一端后，管道外的控制台输出关闭指令；胶囊内控制板收到启动指令后，控制所有伸缩杆收回壳体；这样可以将管道机器人取出管道。

[0040] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。