基于實時圖像傳輸系統的管道探測機器人技術方案

本發明專利技術公開了一種能夠實現代替工作人員進行對不同管徑的管道進行定期檢查的視覺機器人。該機器人由機械動力系統和圖像傳輸系統兩部分組成。機械動力系統中，電源提供能量后，通過蝸輪與齒輪、齒輪與驅動輪的咬合實現機器人運動，并通過控制電路控制機器人的行進方向并通過數據線傳輸到接受屏上供工作人員觀察。本機器人對幫助工作人員進行各種管道的定期檢查與探測具有極其重大的意義，且小車的受限制因素較少，通過輪式變徑系統適應管徑大小不同的管道。圖像傳輸系統中，通過車載攝像頭，能適應多種管道，動力強勁，齒輪組全部是嚙合結構，結構簡單可靠，工作效率高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種視覺機器人，特別是一種適合在管道中幫助工作人員檢查管道內部情況的基于實時圖像傳輸系統的管道探測機器人。
技術介紹
管道探測機器人是目前科研熱門領域之一，國內外有很多的管道機器人廣泛使用于管道檢查修復等場合。管道探測機器人在結構上一般分為輪式或蠕動式結構。輪式機器人，在確定管道管徑的情況下，可以通過其強勁的動力系統實現快速的管道觀察。蠕蟲機器人，在時間較為充裕的情況下，可以對不同管徑的管道進行探測。但同時這就存在一組矛盾:在速度較為高速的情況下，對管徑的適應性幾乎為零；而對管道的適應性較強時，耗費的時間較長運行速度低。在管道機器人的總體設計上運行速度與對管道的適應性這一矛盾是始終存在的。現在為了解決這一矛盾，通常是采用制造管道探測機器人系列系列的方法，例如日本的Thes型管道探測機器人系列系列；或者是對蠕蟲型機器人的動力進行加強的方法，例如大型的ikuta機器人。但是上述機器人在實際的運行的過程中，仍然存在著對管道的管徑適應度較低的情況，例如系列機器人，它仍然只能滿足相應固定管徑管道的要求，或者速度較低的情況，例如ikuta機器人，雖在加快了其速度但是程度有限，而且對其動力進行加強時的運營的成本較高，造成了資源的無謂損失。類似這樣的方法只能對上述的矛盾進行緩和而非消除，不能很好的在高速運行的同時良好的適應管道管徑的變化。
技術實現思路
本機器人主要提供了一個方便工作人員進行實時管道檢查探測的基于實時圖像傳輸系統的管道探測機器人。實現本專利技術目的的技術方案為:一種管道探測機器人，包括機械控制系統和圖像傳輸系統兩部分，圖像傳輸系統位于機械控制系統上，所述機械控制系統包括電機系統、蝸輪蝸桿系統和驅動控制電路系統三部分，驅動控制電路系統控制電機系統工作，電機系統為蝸輪蝸桿系統提供動力； 所述電機系統包括電機、電機外殼、從動輪支架、從動輪，其中從動輪的數量為三個，該三個從動輪均勻分布在電機外殼的從動輪支架上，電機外殼內部設置電機； 所述蝸輪蝸桿系統包括蝸輪、蝸桿、主動輪、變徑桿、連接桿、金屬外殼及銷軸，蝸桿位于金屬外殼內，蝸輪一共有三組，每組包括兩個蝸輪，同一組的兩個蝸輪圓心的連線與蝸桿平行，該三組蝸輪均勻的分布在蝸桿的外側并與蝸桿相嚙合；主動輪一共有三組，該三組主動輪均勻分布在金屬外殼的外側，每組均包括兩個主動輪，兩個主動輪圓心的連線與蝸桿平行，每組主動輪通過連接桿相連接，每個主動輪均通過變徑桿連接在金屬外殼上，所述變徑桿通過銷軸連接在金屬外殼上，每個主動輪均與蝸輪相嚙合，在蝸輪的帶動下旋轉。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點為:1)本專利技術采用全主動輪驅動，適應性強。相比于目前的其他管道機器人，該專利的輪式系統中全為主動輪，動力強大，具有很強的適應性；2)本專利技術的機器人具有緊湊的結構和較好的穩定性。該機器人由兩組輪式系統支撐，前后結構分布緊湊，可以實現自定心，具有較強的穩定性；3)本專利技術的機器人顯著增加了管道探測的范圍。在基于可變徑輪式系統上，可以根據管徑的大小自動調節自身尺寸以適應不同管道；4)本專利技術的機器人具有較高的運行速度，提高了檢測效率。利用輪式系統，機器人的行進速度大大增加；5)本機器人對幫助工作人員進行各種管道的定期檢查與探測具有極其重大的意義，且小車的受限制因素較少，能適應多種管道，動力強勁，齒輪組全部是嚙合結構，結構簡單可靠，工作效率高。下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。附圖說明圖1是機器人電機系統結構圖。圖2是機器人蝸輪蝸桿系統結構圖。圖3是機器人驅動控制電路系統結構圖。圖4是機器人顯示電路系統結構圖。圖5為機器人整體結構示意圖。具體實施方式結合圖5，本專利技術的一種管道探測機器人，包括機械控制系統和圖像傳輸系統兩部分，圖像傳輸系統位于機械控制系統上，所述機械控制系統包括電機系統、蝸輪蝸桿系統和驅動控制電路系統三部分，驅動控制電路系統控制電機系統工作，電機系統為蝸輪蝸桿系統提供動力； 結合圖1，所述電機系統包括電機、電機外殼1、從動輪支架2、從動輪3，其中從動輪3的數量為三個，該三個從動輪3均勻分布在電機外殼I的從動輪支架2上，電機外殼I內部設置電機； 結合圖2，所述蝸輪蝸桿系統包括蝸輪4、蝸桿5、主動輪6、變徑桿7、連接桿8、金屬外殼9及銷軸10，蝸桿5位于金屬外殼9內，蝸輪4 一共有三組，每組包括兩個蝸輪，同一組的兩個蝸輪圓心的連線與蝸桿5平行，該三組蝸輪4均勻的分布在蝸桿5的外側并與蝸桿相哨合；主動輪6 —共有三組,該三組主動輪6均勻分布在金屬外殼9的外側,每組均包括兩個主動輪，兩個主動輪圓心的連線與蝸桿5平行，每組主動輪通過連接桿8相連接，每個主動輪6均通過變徑桿7連接在金屬外殼9上，所述變徑桿7通過銷軸連接在金屬外殼9上，每個主動輪6均與蝸輪4相嚙合，在蝸輪4的帶動下旋轉。結合圖3，所述驅動控制電路系統包括第一開關K1、第二開關K2、第三開關K3、第四開關K4和電源，該四個開關分成兩個回路，第一個回路包括第一開關Kl、第二開關K2、電源，其中第一開關Kl的一端接電源的正極，第一開關Kl的另一端接第二開關K2，第二開關K2的另一端與機器人尾部的電機正極相接，電機的負極與電源負極相接； 第二個回路包括第三開關K3、第四開關K4、電源，其中第三開關K3的一端接電源的負極，第三開關K3的另一端接第四開關K4，第四開關K4的另一端與機器人尾部的電機負極相連，電機正極與電源正極相接。電源為12V電源。結合圖4，所述圖像傳輸系統包括車載攝像頭11、攝像頭電源12、數據采集卡13和接收屏14，所述車載攝像頭11通過數據采集卡13與接收屏14相連接，攝像頭電源12為車載攝像頭11供電，數據采集卡13將攝像頭采集到的信息轉換成圖像并通過接收屏14顯示出來。所述攝像頭電源12為220V交流電。本專利技術的機器人主要是運用了 一種“電機一蝸輪蝸桿一驅動控制電路一顯示電路”的理念與思想。利用電源產生的能量帶動馬達轉動，通過馬達使機器人的主軸轉動并通過齒輪的咬合帶動輪式系統的工作，并通過控制電路的控制，從而達到小車前進、后退的目的。實時的圖像信息由攝像頭采集后通過數據采集卡傳輸到接收屏上供工作人員觀察。其中，移動結構的具體工作原理如下: 移動機構的前后兩組支撐中，三個大主動輪都是沿徑向均勻分布的，而前后兩部分都是沿軸向對稱的，支撐點共六個，因此滿足形封閉條件。當移動機構行走時，三個主動輪呈徑向均勻分布，三點確定一個平面，三點始終在一個圓柱面上，因此可以實現自定心，在支撐裝置的作用下，主動輪被緊緊壓在管道內壁上，具有較強的適應性。由于兩組各六個均布的主動輪，那么與電機相聯的前后每個蝸桿必須同時驅動三個蝸輪，由于通過蝸輪傳至主動輪而且這些驅動輪必須能夠繞蝸輪中心回轉，由于三個蝸輪同時與一個蝸桿嚙合并聯傳動，結構新穎，傳動效率也高。最后，電機帶動蝸桿、蝸輪運動，車輪通過作用于管道內壁的正壓力而產生的摩擦力使得機器人沿管道內壁直線向前或向后移動，成為管道機器人的主驅動系統。結合圖1、圖3，其中開關K1、K2控制機器人的前進，K3、K4控制機器人的后退，它們和12V電源構成了機器人的驅動控制電路系統，為機器人提供電力。而電機1、輪支架2和從動輪3構成了電機系統，其中電機I的轉動為機器人的行進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于實時圖像傳輸系統的管道探測機器人，其特征在于，包括機械控制系統和圖像傳輸系統兩部分，圖像傳輸系統位于機械控制系統上，所述機械控制系統包括電機系統、蝸輪蝸桿系統和驅動控制電路系統三部分，驅動控制電路系統控制電機系統工作，電機系統為蝸輪蝸桿系統提供動力；所述電機系統包括電機、電機外殼（1）、從動輪支架（2）、從動輪（3），其中從動輪（3）的數量為三個，該三個從動輪（3）均勻分布在電機外殼（1）的從動輪支架（2）上，電機外殼（1）內部設置電機；所述蝸輪蝸桿系統包括蝸輪（4）、蝸桿（5）、主動輪（6）、變徑桿（7）、連接桿（8）、金屬外殼（9）及銷軸（10），蝸桿（5）位于金屬外殼（9）內，蝸輪（4）一共有三組，每組包括兩個蝸輪，同一組的兩個蝸輪圓心的連線與蝸桿（5）平行，該三組蝸輪（4）均勻的分布在蝸桿（5）的外側并與蝸桿相嚙合；主動輪（6）一共有三組，該三組主動輪（6）均勻分布在金屬外殼（9）的外側，每組均包括兩個主動輪，兩個主動輪圓心的連線與蝸桿（5）平行，每組主動輪通過連接桿（8）相連接，每個主動輪（6）均通過變徑桿（7）連接在金屬外殼（9）上，所述變徑桿（7）通過銷軸連接在金屬外殼（9）上，每個主動輪（6）均與蝸輪（4）相嚙合，在蝸輪（4）的帶動下旋轉。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：霍愷睿，李康，王翔，王景貴，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：