一种用于排水管道变形监测的机器人的制作方法

1.本发明属于智慧水务技术领域，具体的，涉及一种用于排水管道变形监测的机器人。


背景技术：

2.城市排水管道由于埋设在地下，管道会受压变形，为了及时发现这些受压变形的位置，需要对其进行及时检查发现，并对对应位置进行调整加固等处理，现有技术中是通过将带有摄像头的机器人放置在管道内，通过机器人在管道内移动并对沿路的管道情况进行拍摄，通过工作人员对管道内部的情况进行分析判断；
3.其中刚性的混凝土管，在一般受压状态下，很难看出管道变形。只有受压到一定程度，管道会破损或者会被异物进入，很容易被视频捕捉到。但这时候，管道已经破坏，只能修补更换。缺少主动预警机制，而柔性塑料管材，在受压情况下，会出现管体轻微变形，如果能监测到变形幅度和变形位置，就可以主动做外部开挖或内部加支撑方式，进行保护。
4.但是通过摄像头进行拍摄视频或照片的方式来判断管道是否有损坏准确度差，且需要工作人员时刻关注管道内部情况，工作量大，工作效率低，为了解决上述问题，本发明提供了以下技术方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于排水管道变形监测的机器人，解决现有技术中通过摄像头进行拍摄视频或照片的方式来判断管道是否有损坏的方式准确度差，工作量大，工作效率低的问题。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种用于排水管道变形监测的机器人，包括中枢外壳，中枢外壳的四周环形阵列分布有若干个支撑腿，支撑腿远离中枢外壳的一端上固定安装有信号采集端；
8.所述信号采集端包括外包层与活动杆，活动杆滑动安装在外包层内，外包层为一端开口的管状结构，外包层的底部固定安装有压力传感器，活动杆处于外包层内的一端固定连接有弹簧的一端，弹簧的另一端固定连接有压力传感器，压力传感器用于实时检测压力信息，并将其传输至控制器，活动杆的另一端上固定安装有定向轮；
9.若干个定向轮中至少有一个通过伺服电机进行驱动；
10.所述主杆设置为可伸缩结构。
11.作为本发明的进一步方案，支撑腿的数量为偶数个，工作时若干支撑腿在管道内沿管道正截面圆竖直方向对称轴对称设置，若干个支撑腿均设置在管道正截面圆竖直方向对称轴的两侧。
12.作为本发明的进一步方案，定向轮包括轴架与安装在轴架上的至少两个滚轮，若干个滚轮的转轴中心连接线垂直于活动杆。
13.作为本发明的进一步方案，支撑腿包括主杆与固定安装在中枢外壳上的若干个环
形阵列分布的套筒，套筒滑动套接在主杆上，中枢外壳的内部转动安装有环形齿轮与若干个传动齿轮，传动齿轮与环形齿轮啮合，主杆处于中枢外壳内部的一端侧壁上设置有条形齿，该条形齿与传动齿轮啮合；
14.中枢外壳内固定安装有调节电机，调节电机的轴伸端上固定套接有与环形齿轮啮合的齿轮。
15.作为本发明的进一步方案，该机器人包括安装在中枢外壳内的定位模块与运动轨迹采集模块，通过定位模块对机器人实时定位，通过运动轨迹采集模块对机器人在管道内的运动轨迹进行记录。
16.作为本发明的进一步方案，所述中枢外壳上固定安装有摄像头，摄像头采集管道中的图像信息，并将其传输至监控中心；中枢外壳上还固定安装有照明灯。
17.作为本发明的进一步方案，该机器人的工作方法包括如下步骤：
18.第一步，根据所测管道直径对支撑腿处于中枢外壳外部的长度进行调节，使任一支撑腿均与待测管道的内壁相贴合；
19.第二步，将机器人放置于待测管道内，平稳后记录n个支撑腿上压力传感器采集的压力数据f1、f2、...fn；
20.第三步，通过驱动电机驱动机器人沿预设路线以预设速度匀速前进，在这过程中，通过控制器实时采集各支撑腿上压力传感器采集的压力数据f1、f2、...fn，并根据公式pi＝fi-fi计算得到压力差pi，其中1≤i≤8，将pi与预设值p与p1对比，其中p＞p1，当p1≤pi≤p时，开始计时，若t时间后p1≤pi≤p仍成立，则将该区域标记为嫌疑区域，若t时间后p1≤pi≤p不成立，则不做处理；
21.当pi大于p时，则将该区域标记为嫌疑区域。
22.本发明的有益效果：
23.(1)本发明能够通过对压力进行监控，从而及时发现管道变形部分，相较于传统的通过摄像机来进行监控的方法，能够降低对于摄像头的要求，降低工作人员的工作量，工作人员仅需对疑似区域进行判断，而无需全程关注管道内部信息，而且由于摄像头拍摄时存在图像变形的因素，还会提升工作人员判断的难度与准确度；
24.(2)本发明支撑腿结构能够同时对多条支撑腿进行同步调节，能够提升整体调节效率，降低调节难度；
25.(3)本发明在移动过程中不会受到排水管道底部的沉积物影响，行驶平稳，有利于提升摄像机采集的视频稳定性，方便工作人员的观察。
附图说明
26.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
27.图1是本发明一种用于排水管道变形监测的机器人的结构示意图；
28.图2是本发明一种用于排水管道变形监测的机器人的局部结构示意图；
29.图3是本发明信号采集端的结构示意图；
30.图4是本发明定向轮的结构示意图；
31.图中：1、中枢外壳；2、支撑腿；3、信号采集端；4、摄像头；21、主杆；22、套筒；23、环形齿轮；24、传动齿轮；25、调节电机；31、外包层；32、压力传感器；33、弹簧；34、活动杆；35、
定向轮；36、限位滑块；351、轴架；352、滚轮。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.一种用于排水管道变形监测的机器人，如图1至图3所示，包括中枢外壳1，中枢外壳1的四周环形阵列分布有若干个支撑腿2，支撑腿2远离中枢外壳1的一端上固定安装有信号采集端3；
34.在本发明的一个实施例中，支撑腿2的数量为偶数个，且若干支撑腿2在管道内，沿管道正截面圆竖直方向对称轴对称设置；
35.需要注意的是，机器人在管道内行驶时，任一支撑腿2应当避免在管道内的最下方运动，避免管道底部的沉积物对检测结果造成明显的干扰；因此，进一步的，若干个支撑腿2均设置在管道正截面圆竖直方向对称轴的两侧；
36.在本发明的一个实施例中，支撑腿2的数量设置为八个，能够对管道的内壁区域进行较为全面的检测，且在运动过程中结构稳定，长时间运动后不会出现明显转动，对检测结果的精度造成负面影响；
37.所述信号采集端3包括外包层31与活动杆34，活动杆34滑动安装在外包层31内，外包层31为一端开口的管状结构，具体的，可以为方管或圆管，外包层31的底部固定安装有压力传感器32，活动杆34处于外包层31内的一端固定连接有弹簧33的一端，弹簧33的另一端固定连接有压力传感器32，压力传感器32能够实时检测压力信息，并将其传输至控制器，活动杆34的另一端上固定安装有定向轮35；
38.需要注意的是，若干个定向轮35中至少有一个通过伺服电机进行驱动，为机器人在管道内部的移动提供动力；
39.若外包层31为圆管结构，则外包层31的内壁设置有限位滑槽，活动杆34上对应限位滑槽设置有限位滑块36，通过限位滑块36与限位滑槽滑动配合，避免外包层31与活动杆34发生相对转动；
40.在本发明的一个实施例中，如图4所示，所述定向轮35包括轴架351与安装在轴架351上的至少两个滚轮352，且若干个滚轮352的转轴中心连接线垂直于活动杆34，这样能够提升机器人在管道内运行的稳定性；
41.所述支撑腿2包括主杆21与固定安装在中枢外壳1上的若干个环形阵列分布的套筒22，套筒22滑动套接在主杆21上，中枢外壳1的内部转动安装有环形齿轮23与若干个传动齿轮24，传动齿轮24与环形齿轮23啮合，主杆21处于中枢外壳1内部的一端侧壁上设置有条形齿，该条形齿与传动齿轮24啮合，通过环形齿轮23转动能够同时驱动若干个传动齿轮24转动，并通过传动齿轮24驱动主杆21在套筒22内往复滑动；
42.中枢外壳1内固定安装有调节电机25，调节电机25的轴伸端上固定套接有与环形齿轮23啮合的齿轮，调节电机25用于为环形齿轮23转动提供动力；
43.这种结构能够实现同时对所有支撑腿2进行同步调节，降低调节难度，提升调节效
率；
44.在本发明的一个实施例中，所述主杆21设置为可伸缩结构，方便对各支撑腿2处于中枢外壳1外部的部分长度进行细节调整，使各信号采集端3能够与管道内壁贴合，具体的，主杆21由两部分通过螺栓固定连接而成，主杆21的两部分上均设置有一排螺孔，通过调节主杆21两部分固定连接时的螺孔位置，能够对主杆21的长度进行调节，从而提升本发明所述机器人的检测范围；
45.所述中枢外壳1内部还固定安装有蓄电池，为机器人的所有耗电设备供电；
46.该机器人还包括安装在中枢外壳1内的定位模块与运动轨迹采集模块，通过定位模块能够实现对机器人的实时定位，通过运动轨迹采集模块能够对机器人在管道内的运动轨迹进行记录；
47.所述中枢外壳1上还固定安装有摄像头4，通过摄像头4采集管道中的图像信息，并将其传输至监控中心；
48.优选的，中枢外壳1上还固定安装有照明灯，用于管道内部照明，提升采集视频质量，方便工作人员进行观察与判断；
49.通过本发明所述的一种用于排水管道变形监测的机器人的工作方法为：
50.第一步，根据所测管道直径对支撑腿2处于中枢外壳1外部的长度进行调节，使任一支撑腿2均与待测管道的内壁相贴合；
51.第二步，将机器人放置于待测管道内，平稳后记录n个支撑腿2上压力传感器32采集的压力数据f1、f2、...fn；
52.需要注意的是，在将机器人放入待测管道中时，机器人进入待测管道的初始点处，待测管道的管径应当均匀，不存在受压或者其它因素变形的情况；
53.第三步，通过驱动电机驱动机器人沿预设路线以预设速度匀速前进，在这过程中，通过控制器实时采集各支撑腿2上压力传感器32采集的压力数据f1、f2、...fn，并根据公式pi＝fi-fi计算得到压力差pi，其中1≤i≤8，将pi与预设值p与p1对比，其中p＞p1，当p1≤pi≤p时，开始计时，若t时间后p1≤pi≤p仍成立，则将该区域标记为嫌疑区域，若t时间后p1≤pi≤p不成立，则不做处理；
54.当pi大于p时，则将该区域标记为嫌疑区域；
55.对于嫌疑区域，通过工作人员对视频信息进行查看，进一步判断是否为需要处理的变形区域；
56.这种方法能够通过对压力进行监控，从而及时发现管道变形部分，相较于传统的通过摄像机来进行监控的方法，能够降低对于摄像机的要求，降低工作人员的工作量，工作人员仅需对疑似区域进行判断，而无需全程关注管道内部信息，而且由于摄像机拍摄时存在图像变形的因素，还会提升工作人员判断的难度与准确度。
57.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示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、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含
义是两个或两个以上。
58.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
59.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。