一种可调节履带角度的管道机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可调节履带角度的管道机器人，属于管道机器人领域。其车体包括：车架，左主履带组件和右主履带组件，履带角度调节机构，声纳固定架，声纳探头，摄像头升降架，摄像单元，辅助光源，电子控制箱，电子控制箱抽拉门及线缆牵引架。主履带通过履带转轴孔位安装在车体下方左右两侧。主履带之间设置履带角度调节机构，主履带可以向外调整到某一个角度，呈八字形。声纳探头通过声纳固定架安装在车架上。摄像头升降架一端设置在车架上，另一端安装摄像单元和辅助光源。本发明的管道机器人具有结构紧凑、通过能力强、综合作业能力完善的优点。
【专利说明】一种可调节履带角度的管道机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管道机器人，具体涉及用于管道多维检测和两栖管道作业的可调节履带角度的管道机器人。
【背景技术】
[0002]管道机器人是一种可以在管道内爬行并开展检测、清理或维修等作业的设备。其可运用图像采集及图像处理技术、信息处理技术、机械工程、传感器技术、电子工程、自动化控制工程、计算机工程以及人工智能控制系统，结合实时嵌入式技术、声纳探测技术等完成狭小空间(管道)远距离(5公里)检测及作业。管道机器人可应用于市政管网、电力、石油、军事、考古等多个领域危险、人工无法到达的远距离复杂环境下多维检测及作业设备。
[0003]目前使用较多的管道机器人车体长度在300-600mm之间，宽高在100-300 mm之间。目前的管道机器人通常防水性能较差，允许浸泡在水中。但是如果水深超过300_，或水下有少量淤泥，常规的管道机器人就无法进行检测工作。另外，目前的管道机器人检测距离通常是几十米，最大不超过300m。
[0004]常规管道机器人在管道检测施工前，要求关闭管道的进水阀门，排掉管道中的水，影响管道的使用。而排水管网的主干道是不能关闭的，始终有水流动，目前的管道机器人通常难以开展检测和作业。排水管网的主干道的两个相邻井口之间的距离可能达到I千米至几千米，车体尺寸较小的常规管道机器人难以在排水管网主干道内施工。
【发明内容】
[0005]为克服管道机器人的上述缺陷，需要开发一种体型大、通过能力强、综合作业能力完善的管道机器人，并需要注重改善管道机器人的通行性能，使其能适应管道内的各种复杂环境和路况。
[0006]本发明提供一种可调节履带角度的管道机器人，其中管道机器人车体包括:车架，左主履带组件和右主履带组件，履带角度调节机构，声纳固定架，声纳探头，摄像头升降架，摄像单元，辅助光源，电子控制箱，电子控制箱抽拉门及线缆牵引架；左主履带和右主履带通过履带转轴孔位安装在车体下方左右两侧；左主履带和右主履带之间设置履带角度调节机构，左主履带和右主履带可以向外调整到某一个角度，呈八字形；声纳探头通过声纳固定架安装在车架上；摄像头升降架一端设置在车架上另一端安装摄像单元和辅助光源；优选的，左主履带组件和右主履带组件分别安装在履带角度调节机构的履带悬挂臂上，并通过履带悬挂臂实现与车架的连接和角度调整。
[0007]履带式结构可实现地面支撑面积大，接地比压小，滚动摩擦小，通过性能较好，转弯半径小，牵引附着性能、越野机动性、爬坡、越沟等性能。上述两侧履带的八字形设置方式，一方面可以提高履带与管壁的摩擦力，另一方面可避开管底部淤泥及其他沉积物。左、右主履带组件通过悬挂臂方式与角度调节机构及车体连接，连接方式简单可靠。
[0008]优选的,履带角度调节机构还包括:履带角度调节转轴，双侧履带旋转轴，角度调节齿轮和角度调节轴旋转手柄；车架的端头和中部肋骨件上的的履带转轴孔位和履带角度调节转轴孔位分别插装双侧履带旋转轴和履带角度调节转轴，履带角度调节转轴上套设角度调节齿轮，角度调节齿轮与一侧的履带悬挂臂上的齿条啮合，该侧齿条又与另一侧的履带悬挂臂上的齿条啮合，履带角度调节转轴的端头连接角度调节轴旋转手柄。
[0009]进一步优选的，履带角度调节机构还包括多个与角度调节轴旋转手柄配合使用的角度定位孔。
[0010]用手动转动角度调节轴旋转手柄，两侧主履带组件的夹角可以在O度到120度之间调整。角度调节轴旋转手柄将角度调节到位后可固定在相应位置的角度定位孔上。
[0011]进一步优选的，履带悬挂臂端头的一侧的端头设置有角度限位块，角度限位块可以卡在履带角度调节转轴端头上，以限制左主履带组件和右主履带组件之间的最大夹角。
[0012]优选的，左主履带和右主履带前方分别设置前置左辅助履带和前置右辅助履带。前置左辅助履带和前置右辅助履带包括辅助履带主动轮，辅助履带，辅助履带从动轮，辅助履带支架，盘式减速电机及外护板。
[0013]辅助履带的使用提高了履带爬行机器人的越障能力。当机器人越障时，近觉传感器把遇到前方障碍发送给总控制系统，总控制系统判断是否可以翻越。如果判断结果可以翻越，则控制前摆臂驱动电机向上转动，使前摆向上抬起一定角度。继续前进时前侧的履带轮被抬离地面，后面的履带轮着地继续驱动履带前进。履带在凭借副履带的摩擦力以及履刺对障碍物的抓爬力来实现不断的向上攀爬。
[0014]优选的，管道机器人的左主履带组件和右主履带组件包括:主履带外侧板，主履带内侧板，主履带，辅助履带固定位，电机控制箱，主动轮，压带轮，从动轮和蜗轮蜗杆减速电机。
[0015]主履带组件集成为整体结构，提高了系统的可靠性，并使其便于安装和更换。车体由两台步进电机分别驱动两条履带，以相同脉冲驱动时实现直线前进或后退，以不同脉冲驱动时可实现曲线运动。当以相反脉冲驱动时可以绕固定轴的旋转运动。该轴过主从动轴所确定平面的几何中心。
[0016]优选的，电子控制箱安装在车架上方，车架的平面上设置有多个电子控制箱固定孔位，使电子控制箱能够与车架紧密配合。
[0017]上述整体结构方式节省空间，同时还提高了管道机器人车体的整体强度。
[0018]优选的，位于车架两根平行管材两端的肋骨件上分别设置了两侧履带转轴孔位，履带角度调节转轴孔位角度调节轴旋转手柄，角度定位孔和声纳固定架孔位。
[0019]优选的，声纳探头的安装位置不高于车架的水平位置。
[0020]使得管道机器人适于两栖作业，当车体进入半潜或全潜工作方式时，声纳探头可以探测水下部分的管道形态。
[0021]优选的，摄像单元包括:多功能全方位摄像机，摆动半球，主光源和可变焦/变倍摄像头机芯；多功能全方位摄像机可以自动/手动变焦，10倍光学+10倍数字变倍，210度左右摆动，360度旋转；升降架还配置有可定位气弹簧。
[0022]本发明还提供一种包括上述任意一种管道机器人的管道机器人系统，该管道机器人系统还包括收线车和控制器；收线车包括:收线车车体，计米结构，计米结构滑动杆，急停开关，主线盘，复合光缆，收线车拉手，副线盘，保护钢缆，收放线手柄，车轮，控制线缆接口，电源开关；收线车内部装有一块光端机，通过复合光缆与爬行机器人连接；收发485通讯数据及接收视频信号；通过控制线缆接口连接控制器；复合光缆可以向搭载设备下发指令，接收搭载设备的检测数据；当机器人在管道内施工出现故障时，保护钢缆用于牵引设备；控制器包括:控制器机壳，液晶屏，触摸，USB 口，网口，数传模块天线，散热通风口，电源开及综合线缆插口 ；综合线缆插口连接至收线车。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明管道机器人的主体结构示意图；
图2是本发明管道机器人的车架的结构示意图；
图3是本发明管道机器人的主履带组件的结构示意图；
图4是本发明管道机器人的前置辅助履带组件的结构示意图；
图5是本发明管道机器人的履带角度调节机构的结构示意图 图6是本发明管道机器人的声纳组件的示意图；
图7是本发明管道机器人的摄像单元的示意图；
图8是本发明管道机器人的电子控制箱的结构示意图；
图9是本发明管道机器人的收线车的结构示意图；
图10是本发明管道机器人的软件系统总控制平台的结构图；
图11是本发明管道机器人的车体内主控制板的逻辑框图；
图12是本发明管道机器人的电机闭环驱动电路的逻辑图；
图13是本发明管道机器人的控制器的示意图；
图14是本发明管道机器人的机器人控制软件主界面图；
图15、16是本发明管道机器人的控制软件的逻辑流程图。
具体实施例
[0024]本发明的核心是提供一种管道机器人，该管道机器人能够在复杂的管道环境中完成远程检测和作业功能。为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0025]图1是本发明管道机器人的主体结构示意图。如图所示，管道机器人包括:车架101，左主履带组件103和右主履带组件103，履带角度调节机构102，前置左辅助履带组件104和前置右辅助履带组件104，声纳固定架105，声纳探头106，摄像头升降架107，摄像单元108，辅助光源109，电子控制箱110，电子控制箱抽拉门111及线缆牵引架112。
[0026]本发明的管道机器人行走部件为履带式，左主履带103和右主履带103通过履带转轴孔位201安装在车架101下方左右两侧，分别与设置在其前方的前置左辅助履带104和前置右辅助履带104形成管道机器人的足部。左主履带103和右主履带103之间设置履带角度调节机构102，用以控制和改变两侧足部之间的夹角，履带式结构可实现地面支撑面积大，接地比压小，滚动摩擦小，通过性能较好，转弯半径小，牵引附着性能、越野机动性、爬坡、越沟等性能。
[0027]在管道机器人前方布置有声纳探头106，声纳探头106经由声纳固定架105连接至车架101的声纳固定架孔位中。管道机器人前部上方布置可升降运动的摄像单元108，摄像单元108通过摄像头升降架107可枢转的连接至车架101的升降架固定孔位203，摄像头升降架107可绕升降架固定孔位203处的轴转动，从而实现摄像单元108的升降运动；另外，摄像单元108后方还配合有可以共同升降的辅助光源109。电子控制箱110安装在车架101上方，车架101的平面上设置有多个电子控制箱固定孔位206，使电子控制箱110能够与车架101紧密配合。本发明的管道机器人还配置有可在其运动的直线上前后牵引的线缆牵引架112，线缆牵引架112可枢转的连接在车架101左右两侧的线缆牵引架连接轴205上。
[0028]图2是本发明管道机器人的车架101的结构示意图。如图所示，管道机器人的车架101包括两侧履带转轴孔位201，履带角度调节转轴孔位202，升降架固定孔位203，声纳固定架孔位204，线缆牵引架连接轴205，电子控制箱固定孔位206。
[0029]车架101由相互平行的两根管材作为主骨架而形成，两根管材之间通过多个横向肋骨件相连接。这些肋骨件一方面与两根平行管材共同构成稳定的车架结构体，另一方面肋骨件也形成了管道机器人的多个其它部件的安装面。两根平行的管材与肋骨件还共同形成了电子控制箱110的容纳槽，电子控制箱110整体容纳在车架101上方形成的容纳槽中，肋骨件上还分布有多个电子控制箱固定孔位206，从而可以将电子控制箱牢固的固定在车架101上，并使电子控制箱110与车架101形成整体结构，提高了管道机器人车体的整体强度。位于车架101的两根平行管材两端的肋骨件上分别设置了两侧履带转轴孔位201、履带角度调节转轴孔位202、角度调节轴旋转手柄506、角度定位孔507和声纳固定架孔位204。两根平行管材两侧紧靠平行管材位置设置了摄像组件安装翅片，该翅片上设有多组升降架固定孔位203，分别用于安装摄像头升降架107和可定位气弹簧701 (见图7)，摄像头升降架107和可定位气弹簧701安装在沿两根平行管材延伸方向不同位置的孔位中，也可以根据实际需要(例如:调整车体重心或改变摄像作业方向)调整安装孔位。在两根平行管材两侧离开一段距离位置，还设置有线缆牵引架112的安装翅片，该安装翅片外部设置有线缆牵引架连接轴205和线缆引导架112的限位块；线缆牵引架112的安装翅片离开两根平行管材一段距离，从而使摄像头升降架107与线缆牵引架112之间互不影响。本发明的管道机器人车体设计考虑了各功能部件的集成安装要求，车架结构简单，但功能紧凑，整体强度高，设计合理。
[0030]图3是本发明管道机器人的主履带组件103的结构示意图。如图所示，管道机器人左右主履带包括:主履带外侧板301，主履带内侧板309，主履带302，辅助履带固定位303，电机控制箱304，主动轮305，压带轮306，从动轮307和蜗轮蜗杆减速电机308等部件。主履带组件集成为整体结构，提高了系统的可靠性，并使其便于安装和更换。
[0031]车体由两台步进电机分别驱动两条履带，以相同脉冲驱动时实现直线前进或后退，以不同脉冲驱动时可实现曲线运动。当以相反脉冲驱动时可以绕固定轴的旋转运动。该轴过主从动轴所确定平面的几何中心。
[0032]机器人履带的材料使用过橡胶和聚氨酯履带。经过实验对比，聚氨酯材料与地面接触性质更好。本发明用了摩擦力较小且更耐磨的聚氨酯材料。
[0033]图4是本发明管道机器人的前置辅助履带组件104的结构示意图。如图所示，管道机器人的前置辅助履带包括:辅助履带主动轮401，辅助履带402，辅助履带从动轮403，辅助履带支架405，盘式减速电机406及外护板404等部件。
[0034]辅助履带的作用是为了提高履带爬行机器人的越障能力。由于管道机器人车体的结构限制，不可能安装任意大的电机。既要保证有足够的动力，又要尽量选择体积小的电机。要根据履带车的自身重量和设计载重及牵引力计算需要提供的电机扭矩力。当机器人越障时，近觉传感器把遇到前方障碍发送给总控制系统，总控制系统判断是否可以翻越。如果判断结果可以翻越.则控制前摆臂驱动电机向上转动，使前摆向上抬起一定角度。继续前进时前侧的履带轮被抬离地面，后面的履带轮着地继续驱动履带前进。履带在凭借副履带的摩擦力以及履刺对障碍物的抓爬力来实现不断的向上攀爬。一直持续到主履带爬到障碍物上面，机器人继续攀爬。爬越障碍的临界状态是重心越过垂直障碍物边界线上，只要越过这个界线就能够爬上障碍物。故机器人采用三节履带传动方式，进行主动轮与从动轮的运动传递。为了使履带与地面能够充分接触，提高履带的传动效率，机器人轮系的设计采用同步带轮设计方法。
[0035]为了让车体履带与管壁表面充分接触，两侧履带可以向外调整到某一个角度，呈八字形。图5示出了本发明管道机器人的履带角度调节机构102的结构示意图。如图所示，管道机器人的双侧履带角度调整结构包括:履带角度调节转轴501，双侧履带旋转轴502，履带悬挂臂503，角度限位块504，角度调节齿轮505，角度调节轴旋转手柄506和角度定位孔507等部件。上述两侧履带的八字形设置方式，一方面可以提高履带与管壁的摩擦力，另一方面可避开管底部淤泥及其他沉积物。
[0036]左主履带组件103和右主履带组件103分别安装在履带悬挂臂503上，并通过履带悬挂臂503实现与车架101的连接角度调整。车架101的端头和中部肋骨件上的履带转轴孔位201和履带角度调节转轴孔位202分别插装双侧履带旋转轴502和履带角度调节转轴501，履带角度调节转轴501上套设角度调节齿轮505，角度调节齿轮与一侧的履带悬挂臂503上的齿条啮合，该侧齿条又与另一侧的履带悬挂臂503上的齿条啮合，履带角度调节转轴501的端头连接角度调节轴旋转手柄506，角度定位孔507根据需要的角度值连续设置多个。用手动转动角度调节轴旋转手柄506，两侧主履带组件103的夹角可以在O度(图5中左下位置508所示)到120度(图5中右下位置509所示)之间调整。角度调节轴旋转手柄506将角度调节到位后可固定在相应位置的角度定位孔507上。角度限位块504设置在一侧的履带悬挂臂503端头，当两侧主履带组件103的夹角达到最大上限时，角度限位块504卡在履带角度调节转轴501端头上，以对该侧的履带悬挂臂503和主履带组件103的运动进行限制。
[0037]图6是本发明管道机器人的声纳组件的示意图。如图所示，声纳部件包括:声纳固定架105，声纳探头106和车架101。声纳探头属于搭载设备，安装在车体靠下的部位，通常不高于车架。当车体进入半潜或全潜工作方式时，声纳探头可以探测水下部分的管道形态。
[0038]图7是本发明管道机器人的摄像单元108的示意图。如图所示，摄像单元包括:多功能全方位摄像机704 (自动/手动变焦，10倍光学+10倍数字变倍，210度左右摆动，360度旋转)，摆动半球705，主光源707，辅助光源109，升降架107，可定位气弹簧701和可变焦/变倍摄像头机芯706等部件。多功能全方位摄像机704可以自动/手动变焦，10倍光学+10倍数字变倍，210度左右摆动，360度旋转。本实施例采用的是人工手动升降方式，也可以加装电动自动升降结构。
[0039]图8是本发明管道机器人的电子控制箱的结构示意图。如图所示，电子控制箱110包括:控制箱外壳802，内部抽拉结构框架810，电子控制箱抽拉门111，拉手806，多个防水接头805，线缆牵引架112，充气嘴801，密封垫圈803，电池808，控制板和电子器件(电机驱动模块、光端机等)安装位809等部件。电池808，控制板和电子器件安装位809可设置在内部抽拉结构框架810上，电池808及控制板/电子器件等电子电路部分结合内部抽拉结构框架810装配成一个框架，放在一个箱体内，形成抽拉式结构。箱体后端有一个面可以打开，该面与箱体用密封垫803密封。尽量减少密封面的面积，达到最好的密封效果。通过充气嘴801可以向电子控制箱110内充入干燥空气，保持其与外界的正压。多条线缆通过防水接头805，连接到履带、摄像机等设备。气体可以在线缆内部通过，气压可以传送到主履带组件103的电机控制箱304及摄像单元108的多功能全方位摄像机704内部，使其同样保持正压。
[0040]图9是本发明管道机器人的收线车的结构示意图。如图所示，收线车包括:收线车车体901，计米结构902，计米结构滑动杆903，急停开关904，主线盘905，复合光缆906，收线车拉手907，副线盘908，保护钢缆909，收放线手柄910，车轮911，控制线缆接口 912，电源开关913等部件。收线车内部装有一块光端机，通过复合光缆与爬行机器人连接。收发485通讯数据及接收视频信号。通过控制线缆接口 912连接控制器。复合光缆还可以向搭载设备下发指令，接收搭载设备的检测数据。当机器人在管道内施工时一旦出现故障，在设备回收时，保护钢缆用于牵引设备。
[0041]本发明的管道机器人除按照上述方式进行结构配置外，还可实现下面的多种功能。例如:
(1)可根据在不同环境的应用要求搭载高分辨率2D、3D视频传感模块、声纳环形扫描检测模块、红外扫描检测模块、机械臂、切锯作业模块、高压冲洗作业模块、打磨铣头作业模块等;
(2)可以配备前置摄像机系统、照明光源系统、声纳检测系统，摄像机系统可在管道内直视和侧视观察，运作灵活。同时，可在高分辨率彩色监视器上实时显示管道内视频画面信息，以及声纳分析图像，将管道内部状况以及管道形变状况一目了然的提供给检测工作人员，从而形成准确、专业的检测报告，为后期系统自动作业提供可靠依据；
(3)可以根据检测结果接收系统总控平台的指令利用搭载设备完成异物清理、树根切除、辅助清淤等两栖作业工作。
[0042]本发明的管道机器人还配合有相应的软件系统。图10是本发明管道机器人的软件系统总控制平台的结构图。如图所示，软件系统包括系统总控制平台1001，控制层1002，应用层1003，基础层1004，动力及驱动系统1005，多功能作业系统1006，多维检测系统1007，多用途搭载系统1008等系统功能模块。
[0043]该管道机器人的总控制平台实行主从控制平台1001，通过上位机的硬件资源及系统资源来完成坐标变换、图形仿真、轨迹分析等功能，并把信息分发给下位机；下位机主要完成节点位置的控制，并负责把相关数据信息上传上位机。该平台采用应用模块化设计，底层平台统一数据存储、共享。既可以实现模块的独立性操作，也可以实现整体的协同作业。机器人控制系统由多个单片机组成，负责机体本身的传感器信息采集、电机控制及通讯传输。搭载设备由其通讯通道传输信息至总控制平台。单片机和系统通讯采用串行通信异步传递方式，实现接收和发送可以随时或间断进行，而不受时间限制。
[0044]图11是本发明管道机器人的车体内主控制板的逻辑框图。如图所示，车体电子控制箱主控板包括总接口 1101，光端机1102，灯光照明调节控制电路1103，左侧电机1104，右侧电机1106，左侧电机驱动模块1105，右侧电机驱动模块1107，大容量电池1108，前摄像头1109，后摄像头1112，前后摄像头切换1110，车体主控板等模块。控制电路板的总接口 1101连接收线车复合光缆1106。接收控制器1108发出的控制指令，并通过收线车向控制器返回车体参数及视频数据。
[0045]图12是本发明管道机器人的电机闭环驱动电路的逻辑图。如图所示，电机闭环驱动电路包括:数字伺服驱动器1201，电动机1202，光电耦合器1203，减速器1204。机器人的驱动方式采用无刷直流电机(DC)电动驱动。闭环驱动电路控制电机按照给定的速度运转。
[0046]图13是本发明管道机器人的控制器的示意图。如图所示，本发明使用的控制器包括:控制器机壳1301，液晶屏，触摸1302，USB 口 1303，网口 1304，数传模块天线1305，散热通风口 1306，电源开1307，综合线缆插口 1308及检测控制软件1401。综合线缆插口连接至收线车。检测控制软件的主要功能模块有:“系统选项”、“编辑片头”、“参数标定”、“检测及控制”。
[0047]图14是本发明管道机器人的机器人控制软件主界面图。如图所示，检测控制主界面包括:视频窗口 1301,气压、倾角等参数显示窗口 1302-1308,提示信息显示窗口1309-1310，车体控制按键1313-1316，收放线、升降架、光源控制按键1317-1320，摄像机控制按键1321-1323，参数设置按键1324，系统开启按键1325，关闭按键1311。录像/拍照/回放组合按键1326。控制软件主界面图各部件具体功能说明如下:
1301一视频显不窗口 ；
1302—爬行器平台高度示意图；
1303—爬行器左右倾角示意图；
1304—爬行器前后倾角示意图；
1305—爬行器车体气压数字表头(单位:帕)；
1306—摄像头气压数字表头(单位:帕)；
1307—系统名称及版本说明；
1308—系统实时检测参数表:前后倾角、左右倾角、平台高度(mm)、行进速度(米/分钟)、距离(米)；
1309—爬行器行驶轨迹；
1310一系统/[目息窗口 ；
1311一系统总开关；
1312—距离清零。操控爬行器行驶到将要检测的管道起始点，在开始检测(录像)前，点击清零，可以把距离设为零；
1313—爬行器右转弯。释放按键-停止右转；
1314—爬行器后退。向下拉图标，控制爬行器后退，下拉的距离可以改变后退的速度。释放按键，停止后退；
1315—爬行器前进。向上推图标，控制爬行器前行，上推的距离可以改变前行的速度。释放按键，停止前进；
1316—爬行器左转。释放按键-停止左转；
1317—收线车放线/收线； 1318—爬行器平台升/降；
1319—灯光亮度调节:主光源、辅助光源、后光源；
1320一IU /后摄像头切换；
1321—摄像头姿态控制:左/右摆、顺转/逆转；
1322—摄像头控制切换:1.摄像头姿态控制，2.摄像机参数设置，3.摄像机菜单选择。姿态控制见(21);
1323—摄像头复位。摄像头返回到起始位置；
1324—系统参数设置；
1325—开始/停止检测按钮；
1326—录像、拍照、回放操作工具。点击摄像头姿态控制区域-弹出工具条，再次点击-隐藏工具条；
1327—录像提示图标。点击红色图标，弹出“停止录像”对话框；
1328一显不录像时间(单位秒)；
1329一电池电量显示。在车体上携带有动力驱动电池。此处所显示的就是车体上携带的电池电量。当系统提示“电池电量低(深红色)”时，应操控爬行器车体开始返回。当系统显示“电池电量过低(鲜红色)”时，必须操控爬行器车体返回。参见参数标定一电池电压标定，‘低报警值’对应于“电池电量低”；‘最低限值’对应于“电池电量过低”。
[0048]图15、16是本发明管道机器人的控制软件的逻辑流程图。本发明管道机器人的软件系统功能可按照相应流程图实现。
[0049]本发明的一个【具体实施方式】可以按照如下方式和步骤开展。
[0050]机器人车体组成设备性能配置为:
<1>电池容量:由于车体的设计承载能力为200Kg。可以装载足够的高能聚合物电池。保证给车体提供足够的电力供应。
[0051]<2>车体结构:大部分采用不锈钢材料。每一个部件都采用3D设计，激光控制精确加工。保证车体的结构精度和强度，保证设备的抗腐蚀性，具有防水特性(防护等级为IP6/8,可满足水下10米工作要求)和防爆特性(符合国家G3836防爆标准)。功率为双200W马达可搭载200Kg设备，车体重78Kg ;升降架收起为1646mm*700mm*501mm，升降架最高为1646mm*700mm*954mm。
[0052]<3>灯光视频:采用该亮度LED灯，亮度可调。全方位的摄像头，地下管道的任何一个部位都可以观察、录像和拍照。
[0053]<4>声纳探测:在水下部分的管壁形态，通过声纳系统探测。声纳的频率为2MHz，探测精度〈1mm。
[0054]<5>数据传输:全部数据通过光缆传输，最大限度地减少视频干扰。
[0055]<6>动力驱动:装配两个300-500W直流电机。每一个电机(经变速箱减速后)提供的扭矩>60Nm。为提供足够的驱动力，双侧履带可选型:300-500W直流电机。
[0056]〈7>控制系统:上位机采用工控专用机，双核2.3G以上CPU，4G以上内存。下位机，根据完成的任务不同，由多个单片机组成。
[0057]〈8>线缆收线车:配备电子计米装置，线缆采用钢丝绳+光纤可实现电动、手动收放线方式，电池容量:60V * 36Ah，可连续工作时间>5小时。[0058]从而实现管道机器人的主要技术指标如下:
【权利要求】
1.一种可调节履带角度的管道机器人，包括:车架(101 )，左主履带组件(103)和右主履带组件(103)，履带角度调节机构(102)，声纳固定架(105)，声纳探头(106)，摄像头升降架(107)，摄像单元(108)，辅助光源(109)，电子控制箱(110)，电子控制箱抽拉门(111)及线缆牵引架(112 );左主履带(103 )和右主履带(103 )通过履带转轴孔位(201)安装在车体(101)下方左右两侧；左主履带(103)和右主履带(103)之间设置履带角度调节机构(102)，左主履带(103)和右主履带(103)可以向外调整到某一个角度，呈八字形；声纳探头(106)通过声纳固定架(105)安装在车架(101)上；摄像头升降架(107) —端设置在车架(101)上另一端安装摄像单元(108)和辅助光源(109);其特征在于，左主履带组件(103)和右主履带组件(103)分别安装在履带角度调节机构(102)的履带悬挂臂(503)上，并通过履带悬挂臂(503)实现与车架(101)的连接和角度调整。
2.根据权利要求1的管道机器人，其特征在于，履带角度调节机构(102)还包括:履带角度调节转轴(501)，双侧履带旋转轴(502)，角度调节齿轮(505)和角度调节轴旋转手柄(506 ;车架(101)的端头和中部肋骨件上的的履带转轴孔位(201)和履带角度调节转轴孔位(202)分别插装双侧履带旋转轴(502)和履带角度调节转轴(501)，履带角度调节转轴(501)上套设角度调节齿轮(505)，角度调节齿轮与一侧的履带悬挂臂(503)上的齿条啮合，该侧齿条又与另一侧的履带悬挂臂(503)上的齿条啮合，履带角度调节转轴(501)的端头连接角度调节轴旋转手柄(506 )。
3.根据权利要求2的管道机器人，其特征在于，履带角度调节机构(102)还包括多个与角度调节轴旋转手柄(506)配合使用的角度定位孔(507)。
4.根据权利要求2的管道机器人，其特征在于，履带悬挂臂(503)端头的一侧的端头设置有角度限位块(504)，角度限位块(504)可以卡在履带角度调节转轴(501)端头上，以限制左主履带 组件(103)和右主履带组件(103)之间的最大夹角。
5.根据权利要求1-4任一项的管道机器人，其特征在于，左主履带(103)和右主履带(103)前方分别设置前置左辅助履带(104)和前置右辅助履带(104)，前置左辅助履带(104)和前置右辅助履带(104)包括辅助履带主动轮(401)，辅助履带(402)，辅助履带从动轮(403)，辅助履带支架(405)，盘式减速电机(406)及外护板(404)。
6.根据权利要求1-4任一项的管道机器人，其特征在于，管道机器人的左主履带组件(103)和右主履带组件(103)包括:主履带外侧板(301)，主履带内侧板(309)，主履带(302)，辅助履带固定位(303)，电机控制箱(304)，主动轮(305)，压带轮(306)，从动轮(307 )和蜗轮蜗杆减速电机(308 )。
7.根据权利要求1-4任一项的管道机器人，其特征在于，电子控制箱(110)安装在车架(101)上方，车架(101)的平面上设置有多个电子控制箱固定孔位(206 )，使电子控制箱(110)能够与车架(101)紧密配合。
8.根据权利要求1-4任一项的管道机器人，其特征在于，位于车架(101)的两根平行管材两端的肋骨件上分别设置了两侧履带转轴孔位(201)，履带角度调节转轴孔位(202)，角度调节轴旋转手柄(506)，角度定位孔(507)和声纳固定架孔位(204)。
9.根据权利要求1-4任一项的管道机器人，其特征在于，声纳探头(106)的安装位置不高于车架(101)的水平位置。
10.根据权利要求1-4任一项的管道机器人，其特征在于，摄像单元(108)包括:多功能全方位摄像机(704)，摆动半球(705)，主光源(707)和可变焦/变倍摄像头机芯(706);多功能全方位摄像机(704)可以自动/手动变焦，10倍光学+10倍数字变倍，210度左右摆动，360度旋转；升降架(107 )还配置有可定位气弹簧(701)。
11.一种包括权利要求1-9任一项的管道机器人的管道机器人系统,该管道机器人系统还包括收线车和控制器；收线车包括:收线车车体(901)，计米结构(902)，计米结构滑动杆(903)，急停开关(904)，主线盘(905)，复合光缆(906)，收线车拉手(907)，副线盘(908)，保护钢缆(909)，收放线手柄(910)，车轮(911)，控制线缆接口(912)，电源开关(913);收线车内部装有一块光端机，通过复合光缆与爬行机器人连接；收发485通讯数据及接收视频信号；通过控制线缆接口(912)连接控制器；复合光缆可以向搭载设备下发指令，接收搭载设备的检测数据；当机器人在管道内施工出现故障时，保护钢缆用于牵引设备；控制器包括:控制器机壳(1301)，液晶屏，触摸(1302)，USB 口( 1303)，网口( 1304)，数传模块天线(1305),散热通风口( 1306)，电源开(1307)及综合线缆插口( 1308);综合线缆插口连接至收线车。
【文档编号】F16L55/28GK103672289SQ201310690872
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】王军, 路光, 宋有聚, 王桢, 邬皓天, 宋晓辉, 万文彪, 樊太岳, 王倩倩 申请人:王军, 宋有聚, 邬皓天, 王桢, 路光