一种多功能管道卫生监督机器人的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多功能管道卫生监督机器人，包括车身、车身两侧的行走履带和驱动行走履带的履带驱动轮，车身内设有顶端置于车身顶部的微生物采样器；所述车身内设有向下拍摄的三维摄像头，且车身底板由两块移动底板组成，并设有底板控制机构控制两块移动底板的张开和闭合；所述履带驱动轮前后两端分别设有履带调节轮，并设有履带调节机构调节履带驱动轮的升降。本发明为多功能管道监督机器人，它可前后、左右运动；可以进行微生物采样和积尘三维成像；可用笔记本电脑进行控制，且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便。
【专利说明】一种多功能管道卫生监督机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多功能管道卫生监督机器人。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的发展，人们越来越关注通风管道内灰尘、细菌、病毒的污染情况，因此，定期对通风管道进行监督检测非常必要。目前国内外还没有用于通风管道内卫生监督检测的机器人。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，提出一种多功能管道卫生监督机器人，可对通风管道内进行监督和检测，并可对空气微生物自动取物检测和积尘
三维测量。
[0004]本发明的技术解决方案为，一种多功能管道卫生监督机器人，包括车身、车身两侧的行走履带和驱动行走履带的履带驱动轮，车身内设有顶端置于车身顶部的微生物采样器；所述车身内设有向下拍摄的三维摄像头，且车身底板由两块移动底板组成，并设有底板控制机构控制两块移动底板的张开和闭合；所述履带驱动轮前后两端分别设有履带调节轮，并设有履带调节机构调节履带驱动轮的升降。
[0005]车身前、后端分别装有前摄像头灯光总成和后摄像头灯光总成，所述前摄像头灯光总成包括前摄像头灯光总成旋转齿轮副和输出轴与前摄像头灯光总成旋转齿轮副连接的前摄像头灯光旋转电机；所述后摄像头灯光总成包括后摄像头灯光总成旋转齿轮副和输出轴与后摄像头灯光总成旋转齿轮副连接的后摄像头灯光旋转电机。
[0006]所述履带两侧分别设有外侧板和内侧板，并在内侧板靠近外侧板的侧面设有凸台，所述凸台穿过履带内侧并与外侧板连接。
[0007]所述前侧板由两块平行的前侧板面组成，并在两块前侧板面顶部安装调节块并在调节块底部设有穿入两块前侧板面之间的调节杆，调节杆下侧套装调节筒并在调节筒与调节块之间的调节杆上设有调节块弹簧，而在调节筒内安装履带压轮调节弹簧。
[0008]所述履带调节机构包括调节轮升降螺杆和水平传动的调节轮升降齿轮副，所述履带调节轮的轮轴上设有竖直的调节轮轴螺孔，所述调节轮升降螺杆的底端穿入调节轮轴螺孔而调节轮升降螺杆的顶端与调节轮升降齿轮副中的一个齿轮连接，而调节轮升降齿轮副中的另一个齿轮与调节轮升降电机的输出轴连接。
[0009]所述底板控制机构包括分别与两块移动底板连接的齿轮副，并设有底板旋转电机的输出轴与齿轮副中的一个齿轮连接。
[0010]所述微生物采样器包括车身内的微生物采样器外壳、微生物采样器外壳顶部的微生物采样器网罩、微生物采样器底部的微生物采样器机座和微生物采样器机座内的微生物采样传感器，所述车身顶部开孔，所述微生物采样器网罩穿过该孔并置于车身顶面；所述微生物采样器外壳内安装采样皿，采样皿下侧设有微生物采样滤膜，并在微生物采样器机座内安装由微生物采样器电机驱动的叶轮，叶轮外周安装带排风口的叶轮壳，所述微生物采样器机座侧面设有微生物米样器机座排风口。
[0011]启动微生物采样器电机，空气从微生物采样器网罩，进入微生物采样器外壳内，经微生物采样滤膜过滤后,微生物留下，空气从叶轮壳排风口排入微生物采样器机座内，再经-微生物米样器机座排风口排出；叶轮壳排风口与微生物米样器机座排风口，方位一致。
[0012]该装置的控制电路包括第一电平转换电路、第二电平转换电路、单片机、12V直流电源电路、24V直流电源电路、摄像头与照明灯控制电路、三维摄像头控制电路、微生物采样传感器信号处理电路、前摄像头灯光总成旋转电机驱动电路、后摄像头灯光总成旋转驱动电路、本维摄像头旋转电机驱动电路、底板移动电机驱动电路、左侧履带驱动电机驱动电路、右侧履带驱动电机驱动电路、左侧第一调节轮驱动电机驱动电路、右侧第一调节轮驱动电机驱动电路、左侧第二调节轮驱动电机驱动电路、右侧第二调节轮驱动电机驱动电路；这些电路可集中在一个安装于车体内的控制电路盒中，其控制信号输出线及电源线等相关导线通过接插口或接插头同相应的负载连接，并且笔记本电脑的串口输出用信号电缆依次经接口电路的第一电平转换电路和第二电平转换电路接至单片机的信号输入端；
所述单片机的多路控制信号输出端分别同摄像头与灯光控制电路、三维摄像头控制电路、微生物采样传感器信号处理电路、各电机驱动电路的控制信号输入端连接；
在所述单片机的多路控制信号输出端与所述各驱动电路之间设置驱动隔离电路。
[0013]所述摄像头与灯光控制电路的后级信号控制端分别同所述车身前摄像头、前灯光、车身后摄像头、后灯光、视频采集卡连接，而所述摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑(进行显示或储存);所述三维摄像头控制电路的后级信号控制端与三维摄像头、视频采集卡连接，而所述三维摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑；所述微生物采样传感器信号处理电路与微生物采样传感器相连；所述各驱动电路分别同对应组的驱动电机的电源端子连接。
[0014]本发明的机械机构工作原理如下:履带驱动电机，通过履带驱动轮轴旋转带动履带驱动轮旋转，履带驱动轮带动履带绕履带调节轮旋转，则可实现车身的前后、左右行走；启动三维摄像头旋转电机，则可实现三维摄像头前后摆动，底板控制机构控制两块移动底板的张开和闭合，方便三维摄像头拍摄车身底部的画面；启动履带调节轮升降电机，履带调节轮升降齿轮副旋转带动履带调节轮升降螺杆，履带调节轮升降螺杆旋转带动履带调节轮上下移动；启动前摄像头灯光总成旋转电机，前摄像头灯光总成旋转齿轮副旋转带动前摄像头灯光总成上下旋转；启动后摄像头灯光总成旋转电机，后摄像头灯光总成旋转齿轮副带动后摄像头灯光总成上下旋转；启动底板旋转电机，移动底板齿轮副旋转带动移动底板张开或合拢。
[0015]装置前进时越过障碍时，车身前履带调节轮向上升，履带前端抬高，车身前仰角角度提高；装置平地前行时，前后履带调节轮均下降至与履带驱动轮高度一致，让履带与地面接触面保持平行；装置后退时越过障碍时，车身后履带调节轮向上升，履带后端抬高，车身后仰角角度提高；前、后履带调节轮与履带驱动轮高度三种不同高度交替配合，完成车身前进、后退过程中的障碍物的跨越。
[0016]由以上可知，本发明为多功能管道监督机器人，它可前后、左右运动；可以进行微生物采样和积尘三维成像；可用笔记本电脑进行控制，且工作效果好、设备性能稳定、操作方便，效率高、结构简单而紧凑、重量轻、携带方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明一种实施例的整机外形结构示意图；
图2是图1所示装置去除外侧板后的主视结构示意图；
图3是外侧板的结构示意图(带局部剖视)；
图4是内侧板的结构示意图(带局部剖视)；
图5是图1所示装置去除内外侧板后的主视结构示意图(带局部剖视)；
图6是前摄像头灯光总成结构示意图(带局部剖视)；
图7是后摄像头灯光总成结构示意图(带局部剖视)；
图8是履带调节轮的结构示意图(带局部剖视)；
图9是底板控制机构结构示意图；
图10是压轮调节部分的主视结构示意图(带局部剖视)；
图11是微生物采样器的结构示意图；
图12是图1所示装置的超障示意图；
图13是一种实施例的控制电路框图；
图14是图12中单片机的一种实施例主控芯片电路图；
图15是图12中摄像头与照明灯控制电路的一种实施例电路；
图16是图12中第一电平转换电路的一种实施例电路；
图17是图12中第二电平转换电路及12V直流电源电路的一种实施例电路 图18是图12中24V直流电源电路的一种实施例电路 图19是图12中稳压模块的一种实施例电路；
图20是图12中微生物采样传感器信号处理电路的一种实施例电路；
图21是图12中二维摄像图像米集电路的一种实施例电路；
图22是图12中由24V直流电源电路做电机驱动电源的驱动电路中的一组线路； 图23是图12中由12V直流电源电路做电机驱动电源的驱动电路中的一组线路； 图24是图12中驱动隔离电路的一种实施例电路。
[0018]在附图中:
I 一车身，3—内侧板，
5—外侧板，6、7—履带，
8—微生物采样器网罩，9一L型前部，
10 —如摄像头灯光总成， 11 一L型后部，
12—后摄像头灯光总成，13、14 一履带压轮，
16—外侧板压轮调节块17、18—履带调节轮，
19 一履带驱动轮，20—外侧板调节块弹簧，
21—外侧板履带压轮轴孔， 22—外侧板压轮调节筒，
23—外侧板履带驱动轮轴孔，24、25—外侧板履带调节轮轴孔，
26、27 —内侧板凸台，28 —内侧板履带压轮轴孔
29、30—内侧板履带驱动轴孔，31—内侧板履带驱动轮轴孔， 32—微生物采样器，33—三维摄像头旋转电机，
34—三维摄像头，35、36—履带驱动电机，
37—履带驱动轮轴，38—底板旋转电机，
39、61 一移动底板，40、43—履带调节轮升降电机，
41、44 一履带调节轮升降螺杆，42、45—履带调节轮升降齿轮副，
46、47—前车灯，48—前摄像头灯光总成旋转电机，
49 一 IU摄像头灯光总成旋转齿轮副， 50 — IU摄像头，
51、52—后灯光，53—航空接头坐，
54 一后摄像头灯光总成旋转电机，
55—后摄像头灯光总成旋转齿轮副，
56—后摄像头，57—履带调节轮轴螺孔，
58—履带调节轮轴，59、60—移动底板齿轮副，
62—外侧板履带压轮调节弹簧，63—外侧板履带压轮调节杆，
64-微生物采样器外壳， 65-微生物采样器机座，
66-采样皿，67-微生物采样滤膜，
68-叶轮，69-叶轮壳，
70-叶轮壳排风口，71-微生物采样器电机，
72-微生物采样器机座排风口。
【具体实施方式】
[0019]如图1、图2所述，一种多功能管道卫生监督机器人，包括车身1、车身I两侧的行走履带6、7和驱动行走履带6、7的履带驱动轮19,两个履带驱动轮19分别由履带驱动电机35、36控制，车身I内设有顶端置于车身I顶部的微生物采样器32 ;所述车身I内设有向下拍摄的三维摄像头34，且车身底板由两块移动底板39、61组成，并设有底板控制机构控制两块移动底板39、61的张开和闭合；所述履带驱动轮19前后两端分别设有履带调节轮17、18，并设有履带调节机构调节履带驱动轮17、18的升降。
[0020]如图6、图7所不，车身I如、后端分别装有如摄像头灯光总成10和后摄像头灯光总成12，所述前摄像头灯光总成10包括前摄像头灯光总成旋转齿轮副49和输出轴与前摄像头灯光总成旋转齿轮副49连接的前摄像头灯光旋转电机48 ;所述后摄像头灯光总成12包括后摄像头灯光总成旋转齿轮副55和输出轴与后摄像头灯光总成旋转齿轮副55连接的后摄像头灯光旋转电机54。
[0021]如图3、图4所示，履带两侧分别设有外侧板5和内侧板3，并在内侧板3靠近外侧板5的侧面设有凸台26、27，所述凸台26、27穿过行走履带6、7内侧并与外侧板5连接。
[0022]如图10所示，所述外侧板5由两块平行的外侧板面组成，并在两块外侧板面顶部安装外侧板调节块16并在外侧板调节块16底部设有穿入两块外侧板面之间的外侧板调节杆63，外侧板调节杆63下侧套装外侧板调节筒22并在外侧板调节筒22与外侧板调节块16之间的外侧板调节杆63上设有外侧板调节块弹簧20，而在外侧板调节筒22内安装外侧板履带压轮调节弹簧62。
[0023]内侧板3由两块平行的内侧板面组成，并在两块内侧板面顶部安装内侧板调节块并在内侧板调节块底部设有穿入两块内侧板面之间的内侧板调节杆，内侧板调节杆下侧套装内侧板调节筒并在内侧板调节筒与内侧板调节块之间的内侧板调节杆上设有内侧板调节块弹簧，而在内侧板调节筒内安装内侧板履带压轮调节弹簧。
[0024]如图5、图8所示，所述履带调节机构包括调节轮升降螺杆41、44和水平传动的调节轮升降齿轮副42、45，所述履带调节轮17、18的轮轴上设有竖直的调节轮轴螺孔57，所述调节轮升降螺杆41、44的底端穿入调节轮轴螺孔57而调节轮升降螺杆41、44的顶端与调节轮升降齿轮副42、45中的一个齿轮连接，而调节轮升降齿轮副42、45中的另一个齿轮与调节轮升降电机40、43的输出轴连接。
[0025]如图9所示，底板控制机构包括分别与两块移动底板39、61连接的齿轮副59、60，并设有底板旋转电机38的输出轴与齿轮副59、60中的一个齿轮连接。
[0026]如图11所不,所述微生物米样器包括车身I内的微生物米样器外壳64、微生物米样器外壳64顶部的微生物采样器网罩8、微生物采样器底部的微生物采样器机座65和微生物米样器机座65内的微生物米样传感器,所述车身I顶部开孔，所述微生物米样器网罩8穿过该孔并置于车身I顶面；所述微生物米样器外壳64内安装米样皿66,米样皿66下侧设有微生物米样滤膜67,并在微生物米样器机座65内安装由微生物米样器电机71驱动的叶轮68，叶轮68外周安装带排风口 70的叶轮壳69，所述微生物采样器机座65侧面设有微生物采样器机座排风口 72。
[0027]图12为图1所示装置前进时越过障碍的示意图，车身前履带调节轮向上升，履带前端抬高，车身前仰角角度提高。
[0028]图13是本发明控制电路框图，本发明的控制电路包括第一电平转换电路、第二电平转换电路、单片机、12V直流电源电路、24V直流电源电路、摄像头与照明灯控制电路、三维摄像头控制电路、微生物采样传感器信号处理电路、前摄像头灯光总成旋转电机驱动电路、后摄像头灯光总成旋转驱动电路、三维摄像头旋转电机驱动电路、底板移动电机驱动电路、左侧履带驱动电机驱动电路、右侧履带驱动电机驱动电路、左侧第一调节轮驱动电机驱动电路、右侧第一调节轮驱动电机驱动电路、左侧第二调节轮驱动电机驱动电路、右侧第二调节轮驱动电机驱动电路；这些电路可集中在一个安装于车体内的控制电路盒中，其控制信号输出线及电源线等相关导线通过接插口或接插头(如耐用和密闭性好的“航空接头”)同相应的负载连接，并且:
笔记本电脑的串口输出用信号电缆依次经接口电路的第一电平转换电路和第二电平转换电路接至单片机的信号输入端；
所述单片机的多路控制信号输出端分别同以下驱动电路的控制信号输入端连接:摄像头与灯光控制电路，三维摄像头控制电路，微生物采样传感器信号处理电路，各电机驱动电路；
还可以在以上所述单片机的多路控制信号输出端与所述各驱动电路之间设置驱动隔离电路；
所述摄像头与灯光控制电路的后级信号控制端分别同所述车身前摄像头、前灯光、车身后摄像头、后灯光、视频采集卡连接，而所述摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑(进行显示或储存);
所述三维摄像头控制电路的后级信号控制端与三维摄像头、视频采集卡连接，而所述三维摄像头的输出信号经视频采集卡送至笔记本电脑；
所述微生物米样传感器信号处理电路与微生物米样传感器相连；
所述各驱动电路分别同对应组的驱动电机的电源端子连接；
所述12V直流电源电路向图12中单片机左侧各工作电路提供工作电源并经稳压模块向单片机提供工作电源，24V直流电源电路向图12中单片机右侧各工作电路提供工作电源。
[0029]上述方案采用笔记本电脑控制，具有智能化、自动化和软件化的操作平台，装置体积小、使用灵活方便，行走、采样定位准确、摄像与录像及时方便，可直接生成影视文件。
[0030]图13-23是图12所示框图的实际电路图。
[0031]图14中，Ul为机器人的主控制芯片，机器人的运行动作和各种环境参数的采集和处理都要通过这个微处理器进行加工处理。
[0032]图15中，Jl为摄像头的连接插座，摄像头的切换是通过三极管Q5、Q6、Q7、Q8的关断和导通来实现的。J2是灯光的连接插座，灯光的切换是通过三极管Q1、Q2、Q3、Q4的关断和导通来实现的。而灯光的强弱调节是通过PWM调节来实现的。
[0033]图16-图19中，J3为控制电路部分的电源输入端，在通过集成稳压芯片进行稳压得到稳定的+5V电压。J4、J5是驱动电路的稳压集成电路，为电机驱动提供稳定的电压。J6输出转换后的指令，U2接笔记本电脑(上位机)的串口驱动电路。JPl是一个硬件看门狗，它的主要作用是在微处理器由于意外情况失控后从新启动微处理器，从而保证系统运行的
安全可靠。
[0034]图中UlO是用来隔离微处理器和电机驱动的作用。
[0035]图20中，J7是驱动部分和微处理器部分的连线接口。U8为微生物采样器驱动电路。
[0036]图21中，U9是三维摄像图像采集驱动电路。
[0037]图22中，U3、U4为大电流电机的驱动电路，其中屣带电机、调节轮电机都由他们来驱动。
[0038]图23中，U5、U6为小电流电机的驱动电路，摄像头的旋转电机、底板移动电机就是由这个电路来驱动的。
[0039]图24中，U7为驱动隔离电路。
【权利要求】
1.一种多功能管道卫生监督机器人，包括车身(I )、车身(I)两侧的行走履带(6，7)和驱动行走履带(6，7)的履带驱动轮(19)，其特征是，车身(I)内设有顶端置于车身(I)顶部的微生物采样器(32);所述车身(I)内设有向下拍摄的三维摄像头(34)，且车身底板由两块移动底板(39，61)组成，并设有底板控制机构控制两块移动底板(39，61)的张开和闭合；所述履带驱动轮(19)前后两端分别设有履带调节轮(17，18)，并设有履带调节机构调节履带驱动轮(17、18)的升降。
2.根据权利要求1所述多功能管道卫生监督机器人，其特征是，所述车身(I)前、后端分别装有如摄像头灯光总成(10)和后摄像头灯光总成(12),所述如摄像头灯光总成(10)包括前摄像头灯光总成旋转齿轮副(49)和输出轴与前摄像头灯光总成旋转齿轮副(49)连接的前摄像头灯光旋转电机(48);所述后摄像头灯光总成(12)包括后摄像头灯光总成旋转齿轮副(55)和输出轴与后摄像头灯光总成旋转齿轮副(55)连接的后摄像头灯光旋转电机(54)。
3.根据权利要求1所述多功能管道卫生监督机器人，其特征是，所述履带两侧分别设有外侧板(5 )和内侧板(3 )，并在内侧板(3 )靠近外侧板(5 )的侧面设有凸台(26，27 )，所述凸台(26，27)穿过行走履带(6，7)内侧并与外侧板(5)连接。
4.根据权利要求1所述多功能管道卫生监督机器人，其特征是，所述外侧板(5)由两块平行的外侧板面组成，并在两块外侧板面顶部安装外侧板调节块(16)并在外侧板调节块(16)底部设有穿入两块外侧板面之间的外侧板调节杆(63)，外侧板调节杆(63)下侧套装外侧板调节筒(22)并在外侧板调节筒(22)与外侧板调节块(16)之间的外侧板调节杆(63)上设有外侧板调节块弹 簧(20)，而在外侧板调节筒(22)内安装外侧板履带压轮调节弹簧(62)。
5.根据权利要求1所述多功能管道卫生监督机器人，其特征是，所述内侧板(3)由两块平行的内侧板面组成，并在两块内侧板面顶部安装内侧板调节块并在内侧板调节块底部设有穿入两块内侧板面之间的内侧板调节杆，内侧板调节杆下侧套装内侧板调节筒并在内侧板调节筒与内侧板调节块之间的内侧板调节杆上设有内侧板调节块弹簧，而在内侧板调节筒内安装内侧板履带压轮调节弹簧。
6.根据权利要求1所述多功能管道卫生监督机器人，其特征是，所述履带调节机构包括调节轮升降螺杆(41，44)和水平传动的调节轮升降齿轮副(42，45)，所述履带调节轮(17，18)的轮轴上设有竖直的调节轮轴螺孔(57)，所述调节轮升降螺杆(41，44)的底端穿入调节轮轴螺孔(57)而调节轮升降螺杆(41，44)的顶端与调节轮升降齿轮副(42，45)中的一个齿轮连接，而调节轮升降齿轮副(42，45)中的另一个齿轮与调节轮升降电机(40，43)的输出轴连接。
7.根据权利要求1所述多功能管道卫生监督机器人，其特征是，所述底板控制机构包括分别与两块移动底板(39，61)连接的齿轮副(59，60)，并设有底板旋转电机(38)的输出轴与齿轮副(59，60)中的一个齿轮连接。
8.根据权利要求1所述多功能管道卫生监督机器人，其特征是，所述微生物采样器包括车身(I)内的微生物采样器外壳(64)、微生物采样器外壳(64)顶部的微生物采样器网罩(8)、微生物采样器底部的微生物采样器机座(65)和微生物采样器机座(65)内的微生物采样传感器，所述车身(I)顶部开孔，所述微生物采样器网罩(8)穿过该孔并置于车身(I)顶面；所述微生物米样器外壳(64)内安装米样皿(66 ),米样皿(66 )下侧设有微生物米样滤膜(67),并在微生物采样器机座(65)内安装由微生物采样器电机(71)驱动的叶轮(68)，叶轮(68)外周安装带排风口(70)的叶轮壳(69)，所述微生物采样器机座(65)侧面设有微生物采样器机座排风口(72)。
【文档编号】F16L101/30GK103807566SQ201210459179
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2012年11月15日
【发明者】雷学军 申请人:雷学军