一种地下管道探测机器人及其探测方法

1.本发明涉及管道探测技术领域，尤其涉及一种地下管道探测机器人及其探测方法。


背景技术：

2.随着城市的快速发展，老旧城区地下管道，往往存在因年久失修而导致淤堵、内部破损等问题，进而会引起排水不畅，在暴雨季节，极易引发城市内涝灾害，造成严重环境污染和重大经济损失，所以，加强老旧城区地下管道内部清理，已经是刻不容缓。
3.在对地下管道内部进行清理前，需要对管道内部进行探测，了解情况，由于内部狭小的空间，以及空气内存在有毒气体，所以，管道机器人，逐渐成为地下管道探测的首选。
4.由于地下管道因年久失修的原因，导致其内部存在淤泥、块石、树枝等障碍物，而目前市场上，现有的管道探测用的机器人，在管道内行走时，当遇到障碍物后，无法自行绕过障碍物，无法适应管道内部复杂的作业环境。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中无法自行绕过障碍物等问题，而提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种地下管道探测机器人，包括壳体和探头，所述探头连接在壳体前端，还包括：侧板，连接在壳体前端，所述侧板向壳体两侧倾斜；升降架，为对称设计的两个，两个所述升降架均滑动连接在壳体内，两个所述升降架之间固定连接有连接板；驱动壳体横向移动的移动轮，所述移动轮转动连接在升降架内，所述升降架侧壁固定连接有马达，所述马达输出端与移动轮相连接；所述壳体内设有驱动升降架上下移动的驱动机构；所述壳体侧壁转动连接有空心筒，所述空心筒延伸出壳体的一端连接有当壳体横向移动时，与地下管道内壁相贴的第一滚球；其中，所述壳体底部设有驱动壳体行走的驱动轮。
8.为了驱动升降架上下移动，优选的，所述驱动机构包括电机和第二转轴，所述电机固定连接在壳体内，所述第二转轴转动连接在壳体内，所述电机的输出端与第二转轴之间通过第二皮带相连接，所述升降架顶部固定连接有固定轴，所述固定轴上设有第一螺纹杆，所述第一螺纹杆上螺纹连接有第一螺纹套，所述第一螺纹套与第二转轴之间通过第一皮带连接，所述壳体内部固定连接有限位板，所述限位板与第一螺纹套上下两端相贴。
9.为了驱动空心筒转动，优选的，所述第二转轴上设有第三螺纹杆，所述第三螺纹杆上螺纹连接有第二螺纹套，所述空心筒延伸至壳体内的一侧表面滑动有滑套，所述第二螺纹套与滑套之间转动连接，所述空心筒内滑动连接有第二螺纹杆，所述第二螺纹杆延伸出空心筒的一端固定连接有支撑板，所述第一滚球连接在支撑板上，所述壳体侧壁设有当空心筒延伸出壳体的一端转动到最低端的时，驱动第二螺纹杆在空心筒滑动的控制机构，所述第二皮带为松弛状态，所述壳体内设有气缸，所述气缸的输出端连接有转动轮，所述转动
轮与第二皮带内壁相贴。
10.为了驱动第二螺纹杆移动，优选的，所述控制机构包括第三螺纹套和第三转轴，所述第三螺纹套转动连接在空心筒上，所述第二螺纹杆螺纹连接在第三螺纹套内，所述第三转轴转动连接在壳体侧壁，所述第三转轴延伸至壳体内的一端固定连接有第二斜齿轮，所述第二转轴上固定连接有与第二斜齿轮啮合连接的第一斜齿轮，所述第三转轴延伸出壳体外侧的一端固定连接有第三斜齿轮，所述第三螺纹套上固定连接有第四斜齿轮，当空心筒延伸出壳体的一端转动到最低端的时，所述第三斜齿轮与第四斜齿轮相啮合，所述第二螺纹杆延伸至空心筒内的一端固定连接有可防止第二螺纹杆自转的滑块。
11.为了防止第二皮带脱落，优选的，所述壳体内固定连接有支撑筒，所述支撑筒内和气缸的输出端均连接有限位套，所述限位套与支撑筒内壁之间通过第二弹簧连接，所述限位套套在第二皮带上。
12.为了驱动探头转动，为地下管道做圆周扫描，优选的，所述电机的输出端连接有蜗杆，所述壳体侧壁转动连接有第一转轴，所述第一转轴延伸至壳体内的一侧固定连接有与蜗杆啮合连接的蜗轮，所述第一转轴延伸出壳体外侧的一端固定连接有倾斜块，所述探头固定在倾斜块上。
13.为了提高横向移动的稳定性，优选的，所述壳体底部滑动连接有升降杆，所述升降杆底部设有第二滚球，所述升降杆延伸至壳体内的一端固定连接有调节板，所述调节板上固定连接有第三弹簧和导向杆，所述导向杆滑动在升降架上，所述第三弹簧远离调节板的一端与升降架固定连接，所述升降杆位于靠近第一滚球的一侧。
14.为了高效的将前进方向的淤泥推到两侧，优选的，所述壳体前端转动连接有推板，所述壳体前端固定连接有固定板，所述固定板与推板之间连接有第一弹簧，所述侧板固定连接在推板上。
15.优选的，所述壳体内设有蓄电池，所述蓄电池位于远离第一滚球的一侧。
16.一种地下管道探测方法，采用以下步骤操作：
17.首先，将机器人放置在地下管道内，通过驱动轮驱动，向前行走，通过探头对地下管道内壁进行拍摄，探测地下管道内壁情况；然后，在向前行走的过程中，通过侧板将机器人前进方向上的淤泥，推到机器人两侧；其次，当遇到较大的障碍物时，需要绕行时，通过驱动机构使移动轮与管道内壁相接触，使驱动轮与管道内壁脱离接触，通过马达驱动驱动轮转动，使机器人在地下管道内横向移动，绕开障碍物；最后，在机器人在地下管道内横向移动的同时，通过空心筒使第一滚球与地下管道内壁相贴，防止机器人侧翻。
18.与现有技术相比，本发明提供了一种地下管道探测机器人及其探测方法，具备以下有益效果：
19.1、该地下管道探测机器人及其探测方法，机器人在地下管道内行走时，当遇到较大的障碍物时，可通过移动轮进行横向移动，绕开障碍物后，在返回原位继续前行，可适应管道内部复杂的作业环境。
20.2、该地下管道探测机器人及其探测方法，机器人在横向移动时，通过第二螺纹杆使第一滚球与地下管道内壁相贴，且第二螺纹杆与壳体具有一定角度，起到支撑作用，在绕开障碍物后，又可自动收回第二螺纹杆，有效降低探测机器人侧翻的风险，提高探测稳定性。
附图说明
21.图1为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法的结构示意图一；
22.图2为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法的结构示意图二；
23.图3为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法的主视图一；
24.图4为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法图3中a部分的放大图；
25.图5为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法的主视图二；
26.图6为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法升降架的结构示意图；
27.图7为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法第二转轴的结构示意图；
28.图8为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法第二皮带的俯视图；
29.图9为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法滑套的俯视图；
30.图10为本发明提出的一种地下管道探测机器人及其探测方法滑块的侧视图。
31.图中：1、壳体；101、驱动轮；2、电机；201、蜗杆；202、第一转轴；203、蜗轮；204、倾斜块；205、探头；3、推板；301、固定板；302、第一弹簧；303、侧板；4、升降架；401、移动轮；402、马达；403、连接板；5、固定轴；501、第一螺纹杆；502、第一螺纹套；503、限位板；6、第二转轴；601、第一皮带；7、第二皮带；701、气缸；702、转动轮；703、支撑筒；704、限位套；705、第二弹簧；8、空心筒；801、第二螺纹杆；802、滑块；9、第三螺纹杆；901、第二螺纹套；902、滑套；10、第三螺纹套；1001、支撑板；1002、第一滚球；11、第一斜齿轮；1101、第三转轴；1102、第二斜齿轮；1103、第三斜齿轮；1104、第四斜齿轮；12、调节板；1201、第三弹簧；1202、导向杆；1203、升降杆；1204、第二滚球；13、蓄电池；14、第五斜齿轮；1401、第四转轴；1402、第六斜齿轮；1403、第七斜齿轮；15、第四弹簧；1501、挤压板。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.实施例1：
35.参照图1-10，一种地下管道探测机器人，包括壳体1和探头205，探头205连接在壳体1前端，还包括：侧板303，连接在壳体1前端，前端为机器人前进方向的一端，侧板303向壳体1两侧倾斜，侧板303为v字型，两侧向壳体1两侧倾斜；升降架4，为对称设计的两个，两个升降架4均滑动连接在壳体1内，两个升降架4之间固定连接有连接板403；驱动壳体1横向移动的移动轮401，移动轮401转动连接在升降架4内，升降架4侧壁固定连接有马达402，马达402输出端与移动轮401相连接；壳体1内设有驱动升降架4上下移动的驱动机构；壳体1侧壁转动连接有空心筒8，空心筒8围绕壳体1侧壁的连接点为圆心转动，空心筒8延伸出壳体1的
一端连接有当壳体1横向移动时，与地下管道内壁相贴的第一滚球1002，空心筒8连接在横向移动反方向的一侧侧壁；其中，壳体1底部设有驱动壳体1行走的驱动轮101。
36.工作时，将机器人放置在地下管道内，通过驱动轮101驱动，向前行走，通过探头205对地下管道内壁进行拍摄，探测地下管道内壁情况，在向前行走的过程中，通过侧板303与管道内壁相贴，通过v型侧板303的两侧侧壁，将机器人前进方向上的淤泥，推到机器人两侧，当遇到较大的障碍物时，比如树枝，需要绕行时，通过驱动机构使移动轮401与管道内壁相接触，使驱动轮101与管道内壁脱离接触，通过马达402驱动驱动轮101转动，使机器人在地下管道内横向移动，绕开障碍物，由于地下管道截面为圆型，所以，在横向移动时，机器人会向反方向倾斜，此时，通过空心筒8使第一滚球1002与地下管道内壁相贴，防止机器人侧翻。
37.探头205包括但不限于采用phantom v1611高速摄像机，使用广角镜头，同时搭配专用分析软件对图像进行处理。
38.壳体1前端，还设有用于照明的探照灯，用于提高探头205拍摄画面的画质。
39.实施例2：
40.参照图1-10，在实施例1的基础上，进一步的是，
41.本实施例公开了一种驱动机构，驱动机构包括电机2和第二转轴6，电机2固定连接在壳体1内，第二转轴6转动连接在壳体1内，电机2的输出端与第二转轴6之间通过第二皮带7相连接，升降架4顶部固定连接有固定轴5，固定轴5上设有第一螺纹杆501，第一螺纹杆501上螺纹连接有第一螺纹套502，第一螺纹套502与第二转轴6之间通过第一皮带601连接，壳体1内部固定连接有限位板503，限位板503与第一螺纹套502上下两端相贴。
42.启动电机2，电机2通过第二皮带7带动第二转轴6转动，第二转轴6通过第一皮带601带动第一螺纹套502转动，第一螺纹套502通过第一螺纹杆501带动固定轴5向下移动，带动升降架4向下移动，使移动轮401与地下管道内壁接触，支撑起驱动轮101，当需要使移动轮401向上时，电机2反方向转动即可。
43.固定轴5的直径小于第一螺纹杆501直径，当第一螺纹杆501向下移动，第一螺纹套502与固定轴5接触时，自动打滑，固定轴5停止向下移动。
44.驱动机构，还可以通过电动收缩杆带动升降架4实现。
45.实施例3：
46.参照图1-10，在实施例2的基础上，进一步的是，
47.第二转轴6上设有第三螺纹杆9，第三螺纹杆9上螺纹连接有第二螺纹套901，空心筒8延伸至壳体1内的一侧表面滑动有滑套902，第二螺纹套901与滑套902之间转动连接，空心筒8内滑动连接有第二螺纹杆801，第二螺纹杆801延伸出空心筒8的一端固定连接有支撑板1001，第一滚球1002连接在支撑板1001上，壳体1侧壁设有当空心筒8延伸出壳体1的一端转动到最低端的时，驱动第二螺纹杆801在空心筒8滑动的控制机构，第二皮带7为松弛状态，壳体1内设有气缸701，气缸701的输出端连接有转动轮702，转动轮702与第二皮带7内壁相贴。
48.第二皮带7可变为松弛状态，第一皮带601一直保持瞪紧状态，在工作时，启动气缸701，通过转动轮702推动第二皮带7，使第二皮带7瞪紧，转动轮702转动连接在气缸701的输出端。
49.第二转轴6在转动使升降架4向下移动时，通过第三螺纹杆9带动第二螺纹套901向上移动，通过滑套902带动空心筒8转动，使空心筒8延伸出壳体1的一端向下转动，当转动到最低端的时，通过控制机构使第一滚球1002与地下管道内壁相贴，起到支撑作用，防止侧翻，第一滚球1002与横向移动的反方向的管道内壁相贴。
50.第二转轴6的直径小于第三螺纹杆9的直径，当第二螺纹套901向下或向下移动，与第二转轴6接触时，自动打滑，第二螺纹套901停止移动。
51.当第二螺纹套901在第三螺纹杆9上方自动打滑时，当第三螺纹杆9反向转动时，依靠空心筒8施加的重力和第二螺纹套901自身的重力，使第二螺纹套901与第三螺纹杆9再次螺纹啮合，第二螺纹套901向下移动。
52.当第一滚球1002与地下管道内壁相贴后，退回气缸701，使第二皮带7变为松弛状态，第二转轴6停止转动。
53.通过第三螺纹杆9和第一螺纹杆501螺距的设在，移动轮401比第一滚球1002先接触地下管道内壁。
54.当绕过障碍物时，再次启动气缸701，电机2反方向转动，收回移动轮401和第一滚球1002。
55.第一滚球1002滚动在支撑板1001底部。
56.实施例4：
57.参照图1-10，在实施例3的基础上，进一步的是，
58.控制机构包括第三螺纹套10和第三转轴1101，第三螺纹套10转动连接在空心筒8上，第二螺纹杆801螺纹连接在第三螺纹套10内，第三转轴1101转动连接在壳体1侧壁，第三转轴1101延伸至壳体1内的一端固定连接有第二斜齿轮1102，第二转轴6上固定连接有与第二斜齿轮1102啮合连接的第一斜齿轮11，第三转轴1101延伸出壳体1外侧的一端固定连接有第三斜齿轮1103，第三螺纹套10上固定连接有第四斜齿轮1104，当空心筒8延伸出壳体1的一端转动到最低端的时，第三斜齿轮1103与第四斜齿轮1104相啮合，第二螺纹杆801延伸至空心筒8内的一端固定连接有可防止第二螺纹杆801自转的滑块802。
59.当空心筒8延伸出壳体1的一端向下转动，当转动到最低端的时，第三斜齿轮1103与第四斜齿轮1104相啮合，第二转轴6通过第一斜齿轮11和第二斜齿轮1102带动第三转轴1101转动，通过第三斜齿轮1103和第四斜齿轮1104带动第三螺纹套10转动，在第三螺纹套10的作用下，第二螺纹杆801向空心筒8外侧移动，当第一滚球1002与地下管道内壁接触后，退回气缸701。
60.空心筒8内壁设有凹槽，滑块802侧壁设有凸块，凸块在凹槽内滑动，防止第二螺纹杆801自转。
61.实施例5：
62.参照图1-10，在实施例4的基础上，进一步的是，
63.壳体1内固定连接有支撑筒703，支撑筒703内和气缸701的输出端均连接有限位套704，限位套704与支撑筒703内壁之间通过第二弹簧705连接，限位套704套在第二皮带7上。
64.支撑筒703内的限位套704是滑动连接在支撑筒703内，气缸701的输出端的限位套704是固定连接在气缸701输出端的，通过限位套704防止第二皮带7在松弛状态下脱落。
65.实施例6：
66.参照图1-10，在实施例5的基础上，进一步的是，
67.电机2的输出端连接有蜗杆201，壳体1侧壁转动连接有第一转轴202，第一转轴202延伸至壳体1内的一侧固定连接有与蜗杆201啮合连接的蜗轮203，第一转轴202延伸出壳体1外侧的一端固定连接有倾斜块204，探头205固定在倾斜块204上。
68.电机2通过蜗杆201和蜗轮203带动第一转轴202转动，进而带动探头205转动，探头205的探测角度为倾斜状，通过转动，可扩大探测范围。
69.实施例7：
70.参照图1-10，在实施例6的基础上，进一步的是，
71.壳体1底部滑动连接有升降杆1203，升降杆1203底部设有第二滚球1204，升降杆1203延伸至壳体1内的一端固定连接有调节板12，调节板12上固定连接有第三弹簧1201和导向杆1202，导向杆1202滑动在升降架4上，第三弹簧1201远离调节板12的一端与升降架4固定连接，升降杆1203位于靠近第一滚球1002的一侧。
72.升降架4在向下移动时，同时通过第三弹簧1201和调节板12带动升降杆1203向下移动，使第二滚球1204与地下管道内壁相贴，提高横向移动的稳定性。
73.通过第三弹簧1201的反作用力，时根据地下管道内壁实际情况，始终保持与地下管道内壁相贴。
74.实施例8：
75.参照图1-10，在实施例7的基础上，进一步的是，
76.壳体1前端转动连接有推板3，壳体1前端固定连接有固定板301，固定板301与推板3之间连接有第一弹簧302，侧板303固定连接在推板3上。
77.推板3位于固定板301下方，通过第一弹簧302的反作用力，使推板3与地下管道内壁时刻保持相贴状态，推板3前端为尖角设计，通过尖角，可快速将淤泥铲出，然后在通过侧板303将其推到机器人两侧，防止机器人在淤泥上行走产生打滑现象。
78.实施例9：
79.参照图1-10，在实施例8的基础上，进一步的是，
80.壳体1内设有蓄电池13，蓄电池13位于远离第一滚球1002的一侧。
81.蓄电池13不但可以给整个机器人供电，通过设置在远离第一滚球1002的一侧，在机器人横向移动时，机器人为倾斜状态，蓄电池13位于机器人较高的一侧，通过本身自重，可进一步降低侧翻风险。
82.第一滚球1002位于机器人较低的一侧，通过第二螺纹杆801与壳体1呈现一定角度，起到支撑作用。
83.实施例10：
84.参照图1-10，在实施例9的基础上，进一步的是，
85.壳体1靠近第一滚球1002的一侧侧壁转动连接有第四转轴1401，第四转轴1401延伸至壳体1内的一端固定连接有第六斜齿轮1402，第二转轴6上固定连接有与第六斜齿轮1402啮合连接的第五斜齿轮14，第四转轴1401延伸出壳体1的一端固定连接有第七斜齿轮1403。
86.当绕过障碍物后，启动气缸701，电机2驱动第二转轴6反方向转动，空心筒8延伸至壳体1内的一端向下转动，使空心筒8恢复原位时，第四斜齿轮1104与第七斜齿轮1403啮合，
此时因为第二转轴6反方向转动，所以，通过第七斜齿轮1403和第四斜齿轮1104，第三螺纹套10也同步返方向转动，使第二螺纹杆801从新滑动到空心筒8内，减少占用空间的同时，又提高了稳定性，然后退回气缸701。
87.壳体1内固定连接有稳定架，稳定架上滑动连接有挤压板1501，挤压板1501底部与稳定架之间连接有第四弹簧15，第四弹簧15两端分别固定在挤压板1501和稳定架上。
88.当第二螺纹套901在第三螺纹杆9下方自动打滑时，第二螺纹套901推动挤压板1501在稳定架上向下移动，挤压挤压板1501。
89.当第三螺纹杆9反向转动时，通过第四弹簧15的反作用力，使第二螺纹套901产生一个初始向上的推力，使第二螺纹套901和第三螺纹杆9再次螺纹啮合，第二螺纹套901向上移动。
90.此外，第二螺纹套901在第三螺纹杆9下方自动打滑时，挤压挤压板1501，通过第四弹簧15的反作用力，使第二螺纹套901带动空心筒8产生向上的推力，通过此推力，使第七斜齿轮1403和第四斜齿轮1104保持啮合状态。
91.实施例11：
92.参照图1-10，在实施例10的基础上，进一步的是，
93.一种地下管道探测方法，采用以下步骤操作：
94.首先，将机器人放置在地下管道内，通过驱动轮101驱动，向前行走，通过探头205对地下管道内壁进行拍摄，探测地下管道内壁情况；然后，在向前行走的过程中，通过侧板303将机器人前进方向上的淤泥，推到机器人两侧；其次，当遇到较大的障碍物时，需要绕行时，通过驱动机构使移动轮401与管道内壁相接触，使驱动轮101与管道内壁脱离接触，通过马达402驱动驱动轮101转动，使机器人在地下管道内横向移动，绕开障碍物；最后，在机器人在地下管道内横向移动的同时，通过空心筒8使第一滚球1002与地下管道内壁相贴，防止机器人侧翻。
95.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。