一种竖井及管道检测机器人的制作方法

本发明涉及检测机器人领域，尤其涉及一种竖井及管道检测机器人。

背景技术：

随着现代社会中的管道的广泛应用，针对管道内的检测和维修、施工的机器人获得广泛的应用。然而，现有的自行走管道机器人其体积往往比较大，部署比较麻烦。为此，市场上出现了采用手持伸缩杆式机器人，其尤其适用于简易环境之中。然而，现有的手持伸缩杆式机器人其为了保护机器人的检测设备，其往往在检测设备的下部设置弹性或刚性的保护装置，避免检测设备触底损毁，这虽然达成了一定的保护目标，然而该保护装置限制的检测设备所能下伸的深度，对于管道直接连接在竖井底部的环境，该保护装置可能导致检测设备无法达到检测位置。不仅如此，现有的手持伸缩杆式机器人其伸缩杆是预先设置的，其本身的操作长度范围是固定的，单节伸缩杆本身不宜太长以增加操作的便利性，且伸缩杆内部往往采用螺旋电缆的形式保证电缆的伸缩性，而该电缆的最大拉伸长度又限制了该伸缩杆的最大伸缩长度，由此限制了该机器人的适用的竖井和管道深度。而且，为了增加伸缩杆的最大伸缩长度，其一种可行的方案是设置多层的伸缩杆，多层伸缩杆层层套设并以此伸出使用，然而，多层伸缩杆必然带来前端或后端伸缩杆的直径的增加，这增加了伸缩杆的重量，增加了操作的不便，而且当伸缩杆末端直径大于单手握持的范围时，其操作的不便性进一步增加。

技术实现要素：

鉴于目前检测机器人领域存在的上述不足，本发明提供一种竖井及管道检测机器人，其能够其能够根据需要逐节调整连接杆的长度，简单方便且适用性强。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种竖井及管道检测机器人，其包括检测器、多根连接杆、电缆、电缆卷线盘和总控装置，其中，

所述连接杆是两个半圆弧板构成的一中空管，所述半圆弧板的一个侧边通过铰接件与另一个半圆弧板的一个侧边连接在一起，其余侧边为自由端；所述两个半圆弧板的后端均具有收缩端，所述收缩端与半圆弧板同轴心且其外径与连接杆的内径相同；所述连接杆的前端和收缩端均均匀设置四个螺孔；

所述检测器包括摄像头系统、旋转系统和支架，所述支架末端具有连接端，所述连接端上均匀设置四个螺孔；所述连接端中空且外径与连接杆内径相同；

所述检测器与总控设备之间通过电缆连接，所述电缆前段套设在连接杆中，电缆后段卷设在电缆卷线盘上。

依据本实用新型的一个方面，所述摄像头系统包括外壳、视频探照灯和高清相机，其中，所述外壳包括前盖、壳体和后盖，所述前盖上设置有光学玻璃，所述高清相机设置于光学玻璃后方且其镜头通过该光学玻璃指向前方；所述光学玻璃周围具有视频探照灯通孔；所述视频探照灯为3～5个，其均匀的围绕光学玻璃设置在壳体的前端。

优选地，所述旋转系统包括一步进电机、小齿轮和大齿轮，其中，所述步进电机固定在壳体上，其输出轴上设置有小齿轮，所述小齿轮与大齿轮啮合，所述大齿轮固定在一固定轴上，所述固定轴穿过壳体并固定在支架上，其中，所述固定轴与壳体之间轴接。

依据本实用新型的一个方面，所述检测器还包括一超声波距离探测器，所述超声波距离探测器设置在壳体的底部，其探测壳体底部距离井底的距离。

依据本实用新型的一个方面，所述电缆卷线盘包括支架、卷线筒、卷线筒驱动电机、导电滑环和往复机构，其中，所述卷线筒驱动电机固定在支架上并为卷线筒和往复机构提供动力；所述卷线筒轴设在支架上，其一端具有导电滑环。

优选地，所述电缆内部具有动力线、视讯信号线和控制信号线，其末端连接在所述导电滑环上，其前端具连接检测器，实现电力、视讯信号和控制信号的传导。

优选地，所述电缆卷线盘具有变压器，所述变压器一端可以与外部电源连接，另一端通过导电滑环与动力线连接；所述总控装置通过信号线分别与视讯信号线和控制信号线连接。

优选地，所述卷线筒与卷线筒驱动电机之间通过第一动力传输机构连接；所述往复机构包括往复轴、往复部和往复部支撑杆，所述往复部包括往复滑块和电缆通道，其中，所述往复轴轴设在支架上，其具有往复螺纹；所述往复轴与所述卷线筒平行；往复滑块套设在往复轴上，其具有往复制动部，所述往复制动部与所述往复螺纹配合；所述电缆通道与往复滑块连接；所述往复部支撑杆平行于往复轴且固定在支架上；所述往复部具有一支撑通孔，所述往复部支撑杆穿设于所述支撑通孔中；所述往复轴与所述卷线筒之间通过第二动力传输机构连接，或者，所述所述往复轴与所述卷线筒驱动电机之间通过第二动力传输机构连接。

进一步优选地，所述电缆通道用于电缆的通过，其包括通道底座和固定在通道底座上的两组滑轮组；所述通道底座与所述往复滑块连接；所述滑轮组包括分别位于电缆两侧的、处于同一平面内的第一滑轮和第二滑轮；所述电缆同时与第一滑轮的槽、第二滑轮的槽接触连接；所述第一滑轮固定在通道底座上，所述第二滑轮活动设置在同一平面内并通过一弹性组件获得一个朝向第一滑轮的力；所述电缆通道设置一旋转编码计数器，所述旋转编码计数器测量第一滑轮的转动。

进一步优选地，所述往复部还包括一支撑滑块，所述支撑通孔设置在所述支撑滑块上。

本实用新型提供的一种竖井及管道检测机器人，其包括检测器、多根连接杆、电缆卷线盘和总控装置，其中，所述连接杆的用途是固定和调整检测器的位置。所述连接杆为可以开合的中空管，其前一根连接杆的后端与后一根连接杆的前端可以相互配合，其上设置的螺纹孔也可以相互配合，因此，可以借助螺丝与螺纹孔的相互配合，进而实现将相邻的两根连接杆实现连接和固定，且连接杆的前后直径不便。据此，可以根据竖井的深度和管道的检测口的位置，在检测过程中，通过逐级加长连接杆并在连接的过程中将电缆包在连接杆内部。如此，可以使得整个检测机器人可以应用于不同深度的竖井不同位置的管道检测口。尤其是对于很深的竖井，如废弃的深水井等，其可以在保证连接杆具有足够的长度的条件下，有效的避免连接杆的深重和直径的变粗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个实施例所述的检测器的外观示意图。

图2为本实用新型一个实施例所述的检测器的后视示意图。

图3为A-A剖视图。

图4为本实用新型一个实施例中的连接杆外观示意图。

图5为本实用新型一个实施例中的连接杆的侧面图。

图6为本实用新型一个实施例所述的电缆卷线盘的外观示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本文中，除非是特别说明，所述的前后是相对的，其是为了表述方便认为定义的方向。在本文中，前后的定义是依据如下原则来进行的：依据摄像头所检测的信号的传输方向，如从前到后依次为前盖、摄像头、电缆、支架、连接杆、电缆卷线盘和总控装置，这个前后的方向不是依据单个空间点的三维直线方向，其是一维的方向。

另外，本领域技术人员也因该明白，所述的前方并不是指绝对的前方，其包括诸如上前方、下前方等与正前方具有相对偏移的方向；另外，在本文中，所述其中一个部件在另一个部件的前方，这表示两者之间的位置关系或连接关系，两个部件之间可以具有其他部件，也可以不具有其他部件。

实施例一、

一种竖井及管道检测机器人，其包括检测器、多根连接杆5、电缆、电缆卷线盘和总控装置，其中，

所述连接杆5是两个半圆弧板构成的一中空管，所述半圆弧板的一个侧边通过铰接件53与另一个半圆弧板的一个侧边连接在一起，其余侧边为自由端；所述两个半圆弧板的后端均具有收缩端51，所述收缩端与半圆弧板同轴心且其外径与连接杆的内径相同；所述连接杆的前端和收缩端均均匀设置四个螺孔52；

所述检测器包括摄像头系统、旋转系统和支架63，所述支架末端具有连接端631，所述连接端上均匀设置四个螺孔；所述连接端中空且外径与连接杆内径相同；

所述检测器与总控设备之间通过电缆连接，所述电缆前段套设在连接杆中，电缆后段卷设在电缆卷线盘上。

如此，在实际使用过程中，当管道口很浅或至竖井很浅时，完全可以直接用手握住连接端进行操作，如此，不仅可以避免了连接杆对操作位置的干扰，而且，直接用手操作的精度和控制速度远远超过通过连接杆的操作，使用的方面程度也很高。当竖井或管道开口位置很深时，可以则可以在将检测器向下部署的过程中，根据需要实时安装连接杆，所述连接杆在打开时，其可以将电缆容置其中，然后闭合连接杆并通过螺丝使得次节连接杆与前节连接杆连接固定，进而实现连接杆的逐节加长。在操作时，可以先将次节连接杆的单个半圆弧板与前节连接杆的一个半圆弧板通过螺丝连接，然后，将电缆容置在该半圆弧板中并闭合另一个半圆弧板，此时，可以将相应的电缆容置在该连接杆的中空空间中；由于连接杆的四个螺孔是均匀分布的，相邻连个螺孔间相差90°偏角设置，因此，当单个半圆弧板固定好后，闭合连接杆后，另一个半圆弧板的螺孔可以恰与前节连接杆的另外两个螺孔配合。如此，有效的解决了螺孔对准时的观察难题。通过逐级增加连接杆，可以使得连接杆变得比较长，适用较深的竖井和管道口。电缆通过包设在连接杆中，避免了电缆的凌乱。

当然，在实际应用时，还可以在连接杆内部设置一个或数个具有弹性的电缆固定件，所述电缆固定件表面设置橡胶等材料并具有凹陷的电缆通过槽，在连接杆打开时，电缆可以铺设在电缆通过槽中，当闭合连接杆是，电缆通过槽与电缆紧密接触并借助其与电缆之间的摩擦力抵抗电缆的重力，避免当竖井或管道口很深时电缆重力对电缆造成的拉伸，保护电缆。

其中，在一种具体实施方式中，所述摄像头系统包括外壳、视频探照灯和高清相机614，其中，所述外壳包括前盖6113、壳体6112和后盖6111，所述前盖上设置有光学玻璃612，所述高清相机设置于光学玻璃后方且其镜头通过该光学玻璃指向前方；所述光学玻璃周围具有视频探照灯通孔613；所述视频探照灯为3～5个，其均匀的围绕光学玻璃设置在壳体的前端。视频探照灯设置在摄像头的周围而不是上方或下方，可以尽量的减小单角度灯光带来的阴影对检测的影响。

当然，在实际的应用中，所述前盖与壳体之间、壳体与后盖之间设置密封条并实现紧密配合，避免外部的水汽等进入壳体内部空间。壳体上设置用于电缆穿过的通孔，在壳体与电缆之间也通过密封件实现密封。

在一种具体的实施方式中，所述旋转系统62包括一步进电机、小齿轮和大齿轮，其中，所述步进电机固定在壳体上，其输出轴上设置有小齿轮，所述小齿轮与大齿轮啮合，所述大齿轮固定在一固定轴上，所述固定轴穿过壳体并固定在支架上，其中，所述固定轴与壳体之间轴接。在实际的应用中，所述固定轴与壳体之间通过密封圈密封。当步进电机按照总控装置的指令信号旋转某一固定角度的过程中，其输出轴旋转进而带动小齿轮的旋转，小齿轮带动大齿轮的旋转。由于大齿轮通过固定轴现对于支架固定，因此，步进电机带动壳体相对于支架转动，其转动的轴心是固定轴。

在实际的应用中，所述外壳内部还设置一单片机，所述单片机直接与电缆相连并通过导线连接其余检测和控制设备，如通过电源线和数据线与摄像头连接，通过电源线与数据线与步进电机连接等。所述单片机在现有技术中大量使用，其作为监测器的控制装置，实现电力的分配、控制信号的转达、检测信号的转达等，其型号和结构在此不再赘述。

在实际应用中，所述检测器还包括一超声波距离探测器，所述超声波距离探测器设置在壳体的底部，其探测壳体底部距离井底的距离。该超声波距离探测器可以直接与总控装置连接，也可以与具有单片机的检测器的单片机连接。总控装置具有显示或警示装置，其可以显示检测器距离井底的距离或者在检测器具有井底一定距离后发出防碰撞示警。超声波距离探测器是成熟而常用的民用产品，在此不再赘述。

实施例二、

一种基于实施例一的竖井及管道检测机器人，其中，所述电缆卷线盘包括支架4、卷线筒、卷线筒驱动电机3、导电滑环和往复机构，其中，所述卷线筒驱动电机3固定在支架4上并为卷线筒和往复机构提供动力；所述卷线筒轴设在支架4上，其一端具有导电滑环。

所述电缆内部具有电力动力线、视讯信号线和控制信号线，其末端连接在所述导电滑环上，其前端连接检测器，实现电力、视讯信号和控制信号的传导。

所述电缆卷线盘具有变压器，所述变压器一端可以与外部电源连接，另一端通过导电滑环与动力线连接；所述总控装置通过信号线分别与视讯信号线和控制信号线连接。

在一种具体的应用中，所述卷线筒与驱动电机之间通过第一动力传输机构31连接；

所述往复机构包括往复轴21、往复部和往复部支撑杆241，所述往复部包括往复滑块和电缆通道，其中，所述往复轴21轴设在支架4上，其具有往复螺纹；往复滑块套设在往复轴21上，其具有往复制动部，所述往复制动部与所述往复螺纹配合；所述电缆通道与往复滑块连接；所述亡故螺纹是两条螺距相同、旋向相反的螺纹槽，两端用过度曲线连接。

所述往复部支撑杆241平行于往复轴21且固定在支架4上；所述往复部具有一支撑通孔，所述往复部支撑杆241穿设于所述支撑通孔中；

所述往复轴21与所述卷线筒之间通过第二动力传输机构32连接，或者，所述所述往复轴21与所述卷线筒驱动电机3之间通过第二动力传输机构32连接。

其中，在一种具体实施方式中，所述第一动力传输机构31可以采用常规的传输机构，例如，可以将驱动电机的输出轴直接与卷线筒的主轴连接，保持两者的同轴并通过键连接或销连接等。但然，为了减小整个设备的体积，所述驱动电机的输出轴与卷线筒的主轴之间可以采用挠性连接，如两者之间直接通过皮带连接，或者通过铰链连接。虽然驱动电机的输出轴与卷线筒的主轴之间也可以通过齿轮组实现运动的传导，但是考虑到卷线筒的体积等因素，这种连接方式不是最优的。

在本产品的实际应用中所采用的第一动力传输机构31具有如下结构：所述驱动电机的输出轴与卷线筒的主轴平行，驱动电机的输出轴设置有输出齿轮，卷线筒的主轴设置有动力齿轮，所述输出齿轮与动力齿轮之间通过皮带连接。皮带连接可以在电缆收卷故障时通过打滑的方式实现对驱动电机的保护，而采用齿轮，则可以提高其与皮带的摩擦力，尽量减少常规运行中的皮带打滑现象，进而实现在传动效率与电机保护之间的平衡。

其中，在一种具体实施方式中，所述第二动力传输机构32既可以设置在往复轴21与卷线筒之间，也可以设置在往复轴21与驱动电机之间。第二动力传输机构32既可以采用齿轮组结构，也可以采用挠性连接结构。当采用挠性连接结构时，其可以采用棘轮-链条、轮-皮带等结构，但是在实际的应用中，采用了齿轮-皮带的结构。

在本产品的实际应用中，所述往复轴21上设置有往复齿轮，所述卷线筒的轴上设置从动齿轮，所述往复齿轮与所述驱动齿轮之间通过皮带连接。采用齿轮-皮带的结构，其主要是在往复轴21发生故障导致其转动不畅时，皮带可以通过打滑实现对驱动电机的保护；同时，采用齿轮可以减小或避免在正常运行条件下皮带的打滑，进而实现保证卷线筒与往复轴21之间的转动速率比值恒定，保证排缆效果的稳定。

其中，在实际的应用中，所述往复轴21与往复滑块的组合可以通过市场上的往复丝杆代替。

其中，在一种具体实施方式中，所述往复轴21与所述卷线筒平行。这种平行设置的方式，不仅排缆效果最好，而且结构最为简单，所占体积最小。同时，也方便往复轴21获得动力。

其中，在一种具体实施方式中，所述电缆通道用于电缆的通过，其包括通道底座231和固定在通道底座231上的两组滑轮组232；所述通道底座231与所述往复滑块连接；

所述滑轮组232包括分别位于电缆两侧的、处于同一平面内的第一滑轮和第二滑轮；

所述电缆同时与第一滑轮的槽、第二滑轮的槽接触连接；

所述第一滑轮固定在通道底座231上，所述第二滑轮活动设置在同一平面内并通过一弹性组件获得一个朝向第一滑轮的力。

如此，两个滑轮组232限定了电缆的伸展方向，避免了电缆在电缆通道内的弯折；第一滑轮与第二滑轮的槽共同限定了电缆的通过位置，且弹性组件的设置使得第一滑轮、第二滑轮与电缆保持一定的挤压力，使得电缆的移动与第一滑轮的转动同步。

对于第二滑轮的安装，其可以采用多种方案，这也是常用的机械技术。这里仅仅介绍下本实用新型在实际应用中的两种滑轮组232安装方式。其中一种是，所述第一滑轮轴设在第一叉形支撑架的两个臂上，第一叉形支撑架固定在通道底座231上；所述第二滑轮轴设在第二叉形支撑架的两个臂上，所述第一叉形支撑架的两个臂与第二叉形支撑架的两个臂之间通过拉力弹簧连接。另一种方式是，所述通道底座231呈凵形，所述第一滑轮轴设在第一叉形支撑架的两个臂上，第一叉形支撑架固定在通道底座231的一个臂上；所述第二滑轮轴设在第二叉形支撑架的两个臂上，所述第二叉形支撑架通过一弹力弹簧固定在通道底座231的另一个臂上。

其中，在一种具体实施方式中，所述电缆通道设置一旋转编码计数器，所述旋转编码计数器测量第一滑轮的转动。如此，可以通过对第一滑轮的转动圈数和角度的测量，进而准确的计算出所释放或收回的电缆的长度。

实施例三、

一种基于实施例二的竖井及管道检测机器人，其中，所述电缆卷线盘还包括一卷线盘控制装置，所述卷线盘控制装置与驱动电机和旋转编码计数器连接。如此，可以通过该卷线盘控制装置实现对整个具有往复机构的电缆卷线盘的控制以及状态监控。

其中，在一种具体实施方式中，所述第一滑轮在所述第二滑轮的下方。如此，可以进一步保障第一滑轮与电缆的充分接触，保证第一滑轮的转动与电缆的收放的同步。

其中，在一种具体实施方式中，所述卷线筒的两端分别具有卷线筒挡板12，两个卷线筒挡板12之间为卷线部11。如此，可以使得电缆的排布更加整齐，而且排布后更为稳定。不仅如此，该挡板可以防止电缆对第一动力传输机构31和第二动力传输机构32等影响，减少机械故障。

其中，在一种具体实施方式中，所述往复部还包括一支撑滑块242，所述支撑通孔设置在所述支撑滑块242上。在这种实施方式中，所述往复部其通过上下两端支撑，相较于平行支撑，这种支撑方式进一步减小了往复部相对于往复轴21的力矩，其更为稳定可靠。

其中，在一种具体实施方式中，所述支架4的下部设置有四个活动脚轮51，所述脚轮上具有锁死机构511。这样，该电缆卷线盘可以根据任务需求方便的移动。

其中，在一种具体实施方式中，所述支架4的外面设置有外壳5。所述外壳将卷线筒、驱动电机和往复机构包覆在内。所述外壳的表面可以设置电机开关等装置，还可以设置显示屏以显示电缆的收放长度。所述开关与所述显示屏与卷线盘控制装置连接。外壳的设置不仅仅美化了产品的外观，而且起到了防尘的作用，也可以防止作业人员因内部转动部件以及电缆而意外受伤。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。