一种模块化轮式管道机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种模块化轮式管道机器人。

背景技术：

随着我国经济的逐年稳步发展，城市化水平的逐年提高，越来越多的管路被铺设，随之而来的则是如此种类繁多、分布密集、体量巨大的管道的检测、维护、保养、清淤等等各类相关难题。

为解决上述难题，通过控制机器人进行作业。而目前的管道机器人的驱动模块多采用单电机同时驱动双侧轮，且仅配备有双轮作为主动轮，其他轮作为从动轮，这就造成了机器人驱动力不足及不可转向的缺点，在管道内作业时，内壁情况未知且复杂，驱动力余量不足很容易对机器人的行进造成障碍，同时在检测时可能需要机器人可以采用更灵活的方式前进，而不是简单的直线运动。

同时，机器人的本体与升降单元、检测单元等相互独立性不强，多为整体式设计，这也是现有设计中一类比较明显的缺点。整体式设计的灵活性不强、适应性偏低且不可重构，针对复杂、多类型的管道实用性较低。

此外，机器人的检测升降台需要手动调节或者人工操作调节，只是调节精度差，影响机器人的使用效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种模块化轮式管道机器人，可在管道内灵活前进。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种模块化轮式管道机器人，所述模块化轮式管道机器人包括：

主舱，

两组驱动轮组，分别设置在所述主舱的两侧；

驱动模块，设置在所述主舱上，分别连接各组驱动轮组，用于分别驱动各组驱动轮组运动，以带动所述主舱直行或转向；

升降模块，设置在所述主舱上，与所述驱动模块电连接，用于在所述驱动模块的驱动下，在管道中进行升降；

检测模块，设置在所述升降模块上，与所述驱动模块电连接，用于在驱动模块的控制下，对管道情况进行检测，并将检测信息发送回所述驱动模块。

可选的，所述驱动模块包括两组车轮驱动机构、两组传动机构、控制机构及升降驱动机构；

各组车轮驱动机构设置在所述主舱内，分别与一组所述传动机构连接，各组传动机构分别连接一组驱动轮组；各组车轮驱动机构通过对应的传动机构，驱动一组驱动轮组运动；

所述升降驱动机构设置在所述主舱内，与所述升降模块连接；

所述控制机构分别与各所述车轮驱动机构、升降驱动机构及检测模块电连接。

可选的，各所述车轮驱动机构分别包括直流伺服电机和减速器，所述控制机构与所述直流伺服电机的控制信号输入端电连接，所述直流伺服电机的输出端与所述减速器连接，所述减速器的输出轴与所述传动机构连接。

可选的，各所述传动机构分别包括：

第一伞齿轮，穿过所述减速器的输出轴，与所述减速器固定连接，用于跟随所述减速器的输出轴转动；

第二伞齿轮，与所述第一伞齿轮啮合，并穿过一组驱动轮组中主动轮的轮轴，与所述主动轮固定连接；用于在所述第一伞齿轮的带动下，带动所述主动轮转动；

同步带，设置在一组驱动轮组中的主动轮与从动轮之间，用于在主动轮转动时，带动从动轮同步转动。

可选的，所述升降驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机与所述控制机构电连接，且与所述升降机构连接。

可选的，所述主舱上设置有第一连接座；

所述升降模块包括：

第二连接座，与所述第一连接座卡和，使得所述升降模块固定在所述主舱上；

顶端连接座，所述顶端连接座上设置有所述检测模块；

驱动推杆，活动连接在所述第二连接座与顶端连接座之间，并与所述驱动模块电连接，用于在所述驱动模块的驱动下，伸长或收缩，以带动所述顶端连接座升降；

升降连杆，活动连接在所述第二连接座与顶端连接座之间；用于跟随所述驱动连杆运动，并使所述顶端连接座保持在升降后的位置。

可选的，所述升降模块还包括：

传感器组件，与所述驱动模块电连接，用于检测当前管道内部信息，并发送至所述驱动模块；

所述驱动模块还用于根据所述当前管道内部信息调整所述驱动推杆的升降高度。

可选的，所述检测模块包括：

全景摄像头，设置在所述升降模块上，与所述驱动模块电连接，用于在所述驱动模块的控制下，360°全方位采集管道内部的图像信息，并将所述图像信息发送至所述驱动模块；

照明光源，设置在所述升降模块上，与所述驱动模块电连接，用于在所述驱动模块的控制下，为所述全景摄像头采集图像信息提供照明光线。

可选的，所述检测模块还包括：

风速仪，设置在所述升降模块上，与所述驱动模块电连接，用于在所述驱动模块的控制下，采集当前管道内的风速信息，并将所述风速信息发送至所述驱动模块。

可选的，所述模块化轮式管道机器人还包括：

远程控制端，与所述驱动模块电连接，用于向所述驱动模块发送控制指令，以及接收所述驱动模块发送的检测信息。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型模块化轮式管道机器人通过设置驱动模块分别与两组驱动轮组连接，分别驱动各组驱动轮组运动，以带动主舱直行或转向，通过驱动模块分别与升降模块和检测模块连接，从而使得在直行或转向过程中，通过升降以对管道内的检测，实现在管道内的灵活前进，提高机器人的工作效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例模块化轮式管道机器人的主视图；

图2为本实用新型实施例模块化轮式管道机器人的部分组装示意图；

图3为本实用新型实施例模块化轮式管道机器人的升降模块与检测模块的组装示意图。

符号说明：

驱动模块—101，升降模块—102，检测模块—103，主舱—104，主动轮—105，第二伞齿轮—106，同步带—107，第一连接座—108，第二连接座—109，顶端连接座—110，驱动推杆—111，升降连杆—112，全景摄像头—113，照明光源—114，风速仪—115，驱动带轮轴承座—116。

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。

本实用新型的目的是提供一种模块化轮式管道机器人，通过设置驱动模块分别与两组驱动轮组连接，分别驱动各组驱动轮组运动，以带动主舱直行或转向，通过驱动模块分别与升降模块和检测模块连接，从而使得在直行或转向过程中，通过升降以对管道内的检测，实现在管道内的灵活前进，提高机器人的工作效果。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本实用新型模块化轮式管道机器人包括两组驱动轮组、驱动模块101、升降模块102、检测模块103及主舱104；其中，两组驱动轮组分别设置在所述主舱104的两侧；所述驱动模块101设置在所述主舱104上，分别连接各组驱动轮组，各所述驱动模块101分别驱动各组驱动轮组运动，以带动所述主舱104直行或转向；所述升降模块102设置在所述主舱104上，与所述驱动模块101连接，在所述驱动模块的驱动下，所述升降模块102在管道中进行升降；所述检测模块103设置在所述升降模块102上，并与所述驱动模块101连接，在驱动模块的控制下，所述检测模块103对管道情况进行检测，并将检测信息发送回所述驱动模块101。

其中，各所述驱动轮组分别包括设置在所述主舱104同一侧的主动轮和至少一个从动轮，所述主动轮包括快换车轮，由车轮毂与轮轴固定，通过快换机构与轮毂相连从而可以实现不同轮径的快速更换。

所述驱动模块101包括两组车轮驱动机构、两组传动机构、控制机构及升降驱动机构；各组车轮驱动机构设置在所述主舱104内，分别与一组所述传动机构连接，各组传动机构分别连接一组驱动轮组；各组车轮驱动机构通过对应的传动机构，驱动一组驱动轮组运动；所述升降驱动机构设置在所述主舱104内，与所述升降模块连接；所述控制机构分别与各所述车轮驱动机构、升降驱动机构及检测模块电连接。

具体地，各所述车轮驱动机构分别包括直流伺服电机和减速器，所述控制机构与所述直流伺服电机的控制信号输入端电连接，所述直流伺服电机的输出端与所述减速器连接，所述减速器的输出轴与所述传动机构连接。

各所述传动机构分别包括第一伞齿轮、第二伞齿轮106及同步带107；所述第一伞齿轮穿过所述减速器的输出轴，与所述减速器固定连接，跟随所述减速器的输出轴转动；所述第二伞齿轮106与所述第一伞齿轮啮合，所述第二伞齿轮106穿过一组驱动轮组中主动轮105的轮轴，与所述主动轮固定连接；在所述第一伞齿轮的带动下，通过所述第二伞齿轮106带动所述主动轮105转动；所述同步带107设置在一组驱动轮组中的主动轮105与从动轮之间，在主动轮转动时，通过所述同步带107带动从动轮同步转动。

在所述主舱的两侧分别设置相同的驱动模块及驱动轮组，使得双侧车轮分开驱动，从而可以通过控制双侧驱动直流驱动电机的速度来实现管道机器人的转向和前行。

进一步地，在第二伞齿轮与主动轮105的轮轴之间设置有驱动带轮轴承座116，起到支撑作用，同时位于同一侧的驱动轮组间通过主动轮105、同步带107及从动轮相传动。

所述升降驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机与所述控制机构电连接，且与所述升降机构连接。

如图2和图3所示，所述主舱104上设置有第一连接座108；所述升降模块102包括第二连接座109、顶端连接座110、驱动推杆111及升降连杆112，第二连接座109与所述第一连接座108卡和，使得所述升降模块102固定在所述主舱102上。在本实施例中，所述第一连接座108为向上的凸起部，所述第二连接座109为与所述凸起部匹配的凹槽，但并不以此为限。例如，所述第一连接座108还可以为开口向上的凹槽，所述第二连接座109为与所述凹槽匹配的凸起部。通过所述第一连接座108和第二连接座109可实现所述模块间的快速重组。

所述顶端连接座110上固定设置有所述检测模块103。所述驱动推杆111活动连接在所述第二连接座109与顶端连接座110之间，并与所述驱动模块101连接，在所述驱动模块101的驱动下，所述驱动推杆111伸长或收缩，以带动所述顶端连接座110升降；所述升降连杆112活动连接在所述第二连接座109与顶端连接座110之间；所述升降连杆112跟随所述驱动连杆111运动，并使所述顶端连接座110保持在升降后的位置。在本实施例中，所述升降连杆112采用平行四边形连杆的原理进行了简化设计，在优化尺寸的同时可实现升降模块102平行升降的功能。

进一步地，所述升降模块102还包括传感器组件，所述传感器组件与所述驱动模块101连接，所述传感器组件检测当前管道内部信息，并发送至所述驱动模块101；所述驱动模块101还用于根据所述当前管道内部信息调整所述驱动推杆的升降高度。

具体地，所述传感器组件包括角度传感器、距离传感器、水平传感器中至少一种。例如，可通过所述距离传感器采集检测模块103到管道上内壁的当前距离，并发送至所述控制机构，所述控制机构通过驱动电机调整所述驱动推杆111的高度，从而实现自动升降模块的调整。对应的，所述控制机构可包括比较器，设置多个距离阈值，在所述升降模块升降过程中，根据所述当前距离与各所述距离阈值的比较结果，输出高/低电平，从而控制所述驱动推杆升/降。

所述检测模块103包括全景摄像头113和照明光源114，所述全景摄像头113设置在所述升降模块102上，与所述驱动模块101连接，在所述驱动模块的控制下，所述全景摄像头113在360°全方位采集管道内部的图像信息，并将所述图像信息发送至所述驱动模块；所述照明光源114设置在所述升降模块102上，与所述驱动模块101连接，在所述驱动模块101的控制下，所述照明光源114为所述全景摄像头采集图像信息提供照明光线。

具体地，所述照明光源114固定设置在所述顶端连接座110的上表面，以提供最大的照射范围；所述全景摄像头113设置在所述顶端连接座110的侧面上，与所述控制机构电连接。所述控制机构还可以根据所述全景摄像头113采集的图像信息，确定全景摄像头113的当前采集位置，判断所述当前采集位置是否为预设的最佳位置，如果是，则控制驱动电机，以控制驱动推杆111停止工作。

进一步地，所述检测模块103还包括风速仪115，所述风速仪115设置在所述升降模块102上，与所述驱动模块101连接，在所述驱动模块101的控制下，采集当前管道内的风速信息，并将所述风速信息发送至所述驱动模块101。在本实施例中，所述风速仪115固定设置在所述第二连接座109上(如图3所示)。

此外，本实用新型模块化轮式管道机器人还包括远程控制端，所述远程控制端与所述驱动模块101连接，可向所述驱动模块发送控制指令，以及接收所述驱动模块发送的检测信息。

具体的，所述远程控制端包括控制器上位机、输入设备及显示设备，所述控制器上位机与所述输入设备电连接；所述控制器上位机接收用户通过所述输入设备输入的控制信号，并进行分析处理后传输给所述控制机构，所述控制器上位机还用于接收控制机构传输的检测信息；所述显示设备与所述控制机构连接，接收所述全景摄像头拍摄的图像信号并进行显示。

其中，通过所述输入设备输入的输入控制信号包括控制摄像头转动和调整焦距的信号以及控制电机的信号等。

所述远程控制端与所述控制机构之间采用电缆进行连接，所述电缆包括电源线、通讯线以及视频线；外接电源通过所述电源线为本实用新型模块化轮式管道机器人提供工作电源，所述通讯线用于传输所述控制信号和检测信息，所述视频线用于传输所述图像信号。

其中，所述控制机构可为多个控制电路集成在一起的芯片或者控制装置，分别控制各个模块或机构的工作，例如电机驱动器、运动控制卡、数据采集卡、摄像头控制器、传感器组件等。运动控制卡与电机驱动器用来控制和驱动各组驱动轮组的行进，同时调整机器人的运动姿态；数据采集卡用以手机摄像头拍摄、录制的影像资料并通过数据采集卡的数模转换功能将资料传送到远端控制器的电脑上进行数据存储与分析摄像头控制器用来调整摄像头的焦距、位姿等参数。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。