專利名稱：輪式移動管道機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輪式移動管道機器人。
背景技術：
由于城市排水管道大多埋于地下，一旦現局部損壞、堵塞等故障，通常采用人工作 業(yè)的方式排除。傳統(tǒng)的排水管道維護方式是依靠維修人員進入管道，用目測的方式檢查排 水管道的破損。但是在很多情況下，人工檢測方式存在很多缺點，比如對于直徑較小的管道 人無法進入，也就無法發(fā)現其中的破損；管道內環(huán)境惡劣，經常充斥著大量對人體有害的氣 體，給進入管道的維修人員帶來很大的安全威脅；人工檢測速度慢、效率低、需要投入大量 的人力等等。隨著排水管道維護工作的不斷加強，無論從檢測的自動化和標準化考慮，還是 從減輕工人勞動強度、節(jié)省時間、擴大作業(yè)范圍考慮，研究一種可以自動檢測排水管道故障 的機器人系統(tǒng)都具有重要的意義。因此，研制一種用于城市排水管道疏通、檢測、維修的管 道機器人十分必要。因此，需開發(fā)一種管道機器人以實現管道疏通、檢測、維修的自動化要求，通過管 道機器人進入管道，采集、處理及分析數據，進而檢測出故障。

發(fā)明內容
本發(fā)明公開了一種輪式移動管道機器人，包括有爬行器、升降云臺、兩自由度探測 頭。所述升降云臺根據不同管道內徑的需要固定安裝在爬行器上，所述兩自由度探測頭可 以根據需要直接插拔于升降云臺或爬行器上。所述爬行器包括密閉的箱體、主動齒輪系、輪 組。所述輪組包括六小輪組成的小輪組與四大輪組成的大輪組。所述小輪組依靠六小輪實 現輪式移動，單側為三小輪，其中一小輪連接主動輪。所述大輪組是由側橋板、快連接結構、 大輪組成。所述箱體內設置有兩電機。所述電機與主動齒輪系一軸連接。本發(fā)明通過快速 簡捷無螺釘裝卸匹配的大輪組與升降云臺調節(jié)爬行器檢測的徑向尺寸，使其能夠適應工作 于不同內徑的管道，在使用大輪組的時候不必卸掉小輪組，這樣能夠提高爬行器的越障能 力。該裝置全部采用模塊化設計，升降云臺與大輪組可根據實際需要，實現快速安裝。該裝 置兩自由度探測頭簡便插拔于爬行器上或升降云臺上，提高工作效率。該裝置可以通過兩 自由度探測頭驅動攝像頭實現對管道的全方位檢測。根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種輪式移動管道機器人，其特征在于包括爬行器，其包括箱體、設置在所述箱體內的電機、傳動齒輪系；輪組，其安裝在所述箱體上并承載所述爬行器；以及固定安裝在所述爬行器上的升降云臺。


圖1為本發(fā)明爬行器的一個實施例的結構示意圖；圖2為圖1的剖面俯視圖3為兩自由度探測頭的一個實施例剖面結構示意圖；圖4為升降云臺的一個實施例的結構示意圖。圖5為圖4的剖面俯視圖；圖中各附圖標記對應的部件名稱如下
具體實施例方式參見圖1和圖2，根據本發(fā)明的一個實施例的爬行器機器人采用模塊化設計，左右 兩側六個小輪10、19獨立驅動，兩小輪組連接于爬行器箱體17上。根據一個具體實施例的 爬行器箱體17的材料采用銅，同時采用全密閉設計，這樣的機器人能夠適應地下管道復雜 惡劣的工作環(huán)境，能夠起到防爆防水防腐蝕的作用，延長機器人的使用壽命。電機4置于爬 行器箱體17內槽中，電機的運動經過主動錐齒輪5和從動錐齒輪6將動力通過主軸7傳到 齒輪8上，齒輪8又將動力傳到齒輪9上，齒輪9傳遞到小輪10上從而產生牽引力，單側三 小輪10同時有動力，這樣不但能夠增強機器人運動的平穩(wěn)性、可靠性和越障能力，而且便 于控制機器人的轉向。當機器人工作在大直徑管道中，需安裝大輪16時，只需將卡手20卡于爬行器箱體 17的箱體側板18上，擰緊卡手20上的鎖緊螺釘即可牢靠固定大輪16于箱體側板18上。 卡手20的可以根據需要伸縮以適合不同管徑的大直徑管道工況。在側橋板21的側橋板箱 體15內傳動軸11內嵌于小輪10的凹槽結構內以傳動動力。根據一個具體實施例，傳動軸11的另一端裝有鏈輪12，經過鏈條13傳遞動力至不 與傳動軸11直接耦合的大輪16?？梢栽O置中間鏈輪14可以調節(jié)鏈條13的張緊程度。根據一個具體實施例，小輪19的外側邊為圓弧面，這可增大其與管道壁的接觸 面，同時也增大其摩擦力。根據一個實施例，在小輪19的外側面上采用帶凸凹紋路的橡膠 面，這樣能夠最大地提供裝置前進的推進力。根據本發(fā)明，在使用大輪組的時候不必卸掉小輪組，他們可以同時工作這樣可以 越過夾在大輪組中間的障礙物，能夠提高爬行器的越障能力。為了使機器人裝置在行進的過程中可以對管道實施全方位的內窺檢查，根據本發(fā) 明的一個實施例包括了一個兩自由度探測頭1 (圖1所示)。如圖3所示，兩自由度探測頭 包括一電機31與一舵機35 ；該電機和舵機獨立驅動，可以帶動攝像頭41實現360度旋轉 和270度俯仰的動作。接線插頭30固定于端蓋29上，為減輕整個裝置的重量與加工難度， 在端蓋29與底座24之間設計一薄壁套筒26連接形成一密閉內腔，27為密封圈可以保證整體的良好密封效果。薄壁套筒內部有四個連接桿25兩頭由螺栓28固定端蓋29與底座 24。底座24上固定有電機31，動力依靠齒輪33與齒輪32的嚙合傳遞到旋轉座34，進而帶 動(XD攝像機實現360度旋轉要求。在底座24與旋轉座34之間軸承內瓦23，軸承內瓦23 與底座24之間形成滾道，滾子鋼珠22在其間自由滑動。在骨架40上固定有舵機35，舵機 輸出軸上裝有同步帶輪36，其依靠同步帶37傳遞動力至帶輪39，從而可以實現CCD攝像頭 及防水箱體38在水平方向的-135° 135°之間的俯仰變化。整個探測頭的設計精簡，結 構緊湊，可以順利通過兩自由度的結合，實現了機器人在管道內壁各個方向上的圖像采集 與檢測。根據本發(fā)明的一個實施例的機器人裝置包括一個升降云臺1 (圖1)，圖5所示為該 升降云臺的電機箱的剖視圖，如圖4所示，其中在底座42內安裝有電機49，電機的輸出軸端 部裝有齒輪50，齒輪50與齒輪51嚙合將動力傳遞于軸52上，在軸52的兩軸端裝有兩短臂 43，短臂43與長臂45通過鉸鏈44連接，共同組成曲柄搖桿機構。為實現受力均勻，采用左 右各兩個連桿47組成的平行四邊形機構，長臂45的一端裝有鎖緊螺釘46，實現曲柄搖桿機 構與平行四邊形機構的鏈接。當手動調節(jié)升降高度時通過旋轉鎖緊螺釘46還能固定該機 構。在平行四邊形機構的上端固定有探測頭座48，在運動過程中始終保持探測頭座48處在 水平位置。當機器人工作于大直徑管道需安裝升降云臺時即可將探測頭配合安裝于探測頭 座7上，簡單快捷的滿足于使用要求。本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果包括-本輪式移動管道機器人由爬行器、升降云臺、兩自由度探測頭三部分組成，全部 采用模塊化設計，連接方便，使用可靠，能夠通過兩自由度探測頭驅動攝像頭實現對管道的 全方位檢測。-爬行器輪組可以根據不同管道內徑換用大小輪組，大輪組采用快速連接機構直 接連接于小輪之上，實現短時間內的替換，大輪組工作時不影響小輪組同時工作，提高爬行 器的越障能力。-兩自由度探測頭實現360度旋轉和270度俯仰的動作，保證攝像頭最大范圍對管 道進行全方位的檢測。-升降云臺可以根據需要安裝于爬行器上，升降云臺可以保證探測頭處在各個內 徑管道的中心位置，以達到最佳的觀察效果。探測頭座可使兩自由度探測頭便利插拔配合 并能保持其牢固可靠。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本 發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在 不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同 變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質對以上 實施例所作的任何簡單修改、等同變化修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
一種輪式移動管道機器人，其特征在于包括爬行器，其包括箱體(17)、設置在所述箱體內的電機(4)、傳動齒輪系；輪組(10，19，16)，其安裝在所述箱體(17)上并承載所述爬行器；以及固定安裝在所述爬行器上的升降云臺(2)。
2.根據權利要求1的輪式移動管道機器人，其特征在于進一步包括 以直接插拔方式安裝在所述升降云臺上的兩自由度探測頭(1)。
3.根據權利要求1的輪式移動管道機器人，其特征在于進一步包括 以直接插拔方式安裝在所述爬行器上的兩自由度探測頭(1)。
4.根據權利要求1的輪式移動管道機器人，其特征在于所述輪組包括包括多個小輪(10，19)的小輪組，其中的至少一個小輪通過所述傳動齒輪系與所述電 機⑷耦合；其中所述箱體(17)包括箱體側板(18)，用于通過卡手(20)安裝包括多個大輪(16)的大輪組。
5.根據權利要求4的輪式移動管道機器人，其特征在于所述大輪組通過擰緊所述卡手(20)上的鎖緊螺釘而被固定于所述箱體側板(18)上， 且所述卡手(20)的可以根據需要伸縮以適合不同管徑的大直徑管道工況。
6.根據權利要求4的輪式移動管道機器人，其特征在于 所述大輪組(16)包括一個側橋板(21)，所述側橋板(21)具有一個側橋板箱體(15)， 所述側橋板箱體(15)內安裝有一傳動軸(11)，所述傳動軸(11)的一端內嵌于通過所述傳動齒輪系與所述電機(4)耦合的一個所述 小輪(10)的凹槽結構內，以把動力傳遞至所述大輪組中的至少一個大輪。
7.根據權利要求6的輪式移動管道機器人，其特征在于所述傳動軸(11)的另一端裝有鏈輪(12)，用于經過鏈條(13)傳遞動力至不與所述傳 動軸(11)直接耦合的所述大輪(16)。
8.根據權利要求7的輪式移動管道機器人，其特征在于 可以設置中間鏈輪(14)可以調節(jié)鏈條(13)的張緊程度；所述小輪(10，19)的外側邊為圓弧面，從而增大其與管道壁的接觸面和/或摩擦力。
9.根據權利要求1所述的輪式管道機器人，其特征在于所述兩自由度探測頭由電 機(31)，旋轉座(34)，底座(30)，端蓋(29)，連接柱(25)，薄壁套筒(26)，舵機(35)，帶輪 (36)，同步帶(37)，骨架(40)，防水箱體(38)，所述電機(31)固定安裝在底座(30)上，與旋 轉座(34)固定連接的齒輪嚙合連接；所述旋轉座(34)與底座(30)靠滾道與滾子連接； 所述舵機(35)固定在骨架(40)上，舵機軸端安裝鏈輪；所述防水箱體(38)軸端安裝有帶輪(39)，通過同步帶(37)連接舵機上的帶輪(36)； 所述小輪(10，19)的外側面上采用帶凸凹紋路的橡膠面，從而為所述輪式管道機器人 提供盡可能大的前進推進力。
10.根據權利要求1所述的輪式管道機器人，其特征在于所述升降云臺包括云臺箱(42)、電機(49)、錐齒輪(50)、曲柄搖桿機構、平行四邊形機構、探測頭座(48)，所述曲柄搖桿機構與平行四邊形機構有鎖緊銷釘(46)連接，所述平行四邊形機構在運動過程中始終保持探測頭座(48)處在水平位置；所述探測頭座(48)可使兩自由度探測頭便利插拔配合并能保持其牢固可靠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輪式移動管道機器人，包括爬行器，包括密閉的箱體(17)、主動齒輪系、輪組(10，19，16)；可根據不同管道內徑的需要固定安裝在爬行器上的升降云臺(2)；兩自由度探測頭(1)，其可根據需要直接插拔于升降云臺或爬行器上，從而實現對管道的全方位檢測，提高工作效率。輪組包括小輪組與大輪組。小輪組(10，19)的單側小輪之一為主動輪。大輪組包括側橋板、快連接結構、大輪(16)。箱體內設置有與主動齒輪系連接的電機。本發(fā)明通過快速簡捷無螺釘裝卸匹配的大輪組與升降云臺，來調節(jié)爬行器檢測的徑向尺寸，能夠工作于不同內徑的管道，在使用大輪組時不必卸掉小輪組，這樣能夠提高爬行器的越障能力。本發(fā)明采用模塊化設計，升降云臺與大輪組可根據需要，實現快速安裝。
文檔編號B25J19/00GK101890708SQ20101019964
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權日2010年6月8日
發(fā)明者劉亞平, 劉相權, 吳啟焱, 尹利君, 李天劍, 郭超, 高宏 申請人:北京信息科技大學