CN112644596A - 一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，包括主体模块，所述主体模块两侧通过对称设置的履带连接模块连接于驱动模块，所述主体模块左侧设置有摄像头模块和探照灯模块，所述主体模块内部设置有用于和远程终端模块连接的控制模块，所述驱动模块、摄像头模块、探照灯模块和控制模块均与供电模块电性连接。通过远程终端模块间接的控制履带式移动机器人，并实时通过摄像头模块监测管道内部状态及履带式移动机器人状态；设有履带连接模块，其前后驱动轴同轴嵌套于缸筒上，前后驱动臂将前后驱动轴和履带两侧连接板铰接在一起，通过调节前后驱动轴的转动角度，带动履带模块进行伸缩和转动，以适应不同内径的管道。

Description

一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人

技术领域

本发明涉及管道检测机器人技术领域，具体为一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人。

背景技术

在现代社会中，管道无处不在，给人们提供了便利的同时，管道的检测和维护存在着极大的困难。由于管道的细长狭窄，人力很难进行检测和维护，因此体积小、轻便的管道机器人便用来辅助人工进行检测。现实中的管道***错综复杂，有弯曲以及倾斜的管道，同时也有着不同的内径。传统的管道机器人只能适应单一内径的笔直管道，这使得需要根据管道内径来专门定制机器人，无疑增加了大量成本和降低了管道机器人的利用率。同时，很多管道机器人的摄像头只能向前看，而忽略的两边的视野，错过了很多管壁的细节。因此，设计一款能够适合多内径管道，具有广阔视野，能够灵活转向，搭载着双端控制***的管道机器人具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，包括作为履带式移动机器人结构基座的主体模块，所述主体模块两侧通过对称设置的履带连接模块连接于驱动模块，所述主体模块左侧设置有摄像头模块和探照灯模块，所述主体模块内部设置有用于和远程终端模块连接的控制模块，所述驱动模块、摄像头模块、探照灯模块和控制模块均与供电模块电性连接。

进一步而言，所述主体模块作为履带式移动机器人的结构基座包括缸筒，所述缸筒左侧连接有前缸筒，所述前缸筒左侧连接有前盖，所述缸筒右侧连接有后缸筒，所述后缸筒右侧连接有后盖，所述缸筒与前缸筒和后缸筒之间均通过螺栓与螺母紧固连接。

进一步而言，所述驱动模块包括履带模块和电机，所述电机通过有线线缆接口与外部电源电性连接，所述驱动模块为履带式移动机器人的行走提供动力，同时能够为履带式移动机器人提供无极变速以及转向功能。

进一步而言，所述履带连接模块包括与缸筒同轴嵌套的后驱动轴和前驱动轴，所述后驱动轴通过螺栓和螺母的配合与所述后驱动臂进行铰接，所述前驱动轴通过螺栓和螺母的配合与所述前驱动臂进行铰接，所述后驱动臂通过紧固件与履带外侧连接板铰接，所述前驱动臂通过紧固件与履带内侧连接板铰接，所述履带外侧连接板与履带内侧连接板之间刚性连接有履带模块，所述后驱动轴与前驱动轴均可绕主体模块转动，通过后驱动轴与前驱动轴相对主体模块的转动角度，可以带动履带模块伸缩和转动。

进一步而言，所述摄像头模块包括舵机底座，所述舵机底座下侧与前盖刚性连接，所述舵机底座上侧通过联轴器与摄像头紧固连接。摄像头模块，可进行360度旋转，用于检测管道内部的状况，提供更多的管道内部状态信息。

进一步而言，所述探照灯模块包括探照灯和探照灯底座，所述探照灯底座连接在前盖左侧，所述探照灯底座左侧设置有探照灯，所述探照灯与控制模块电性连接。在黑暗的管道中提供光源，便于摄像头采样。

进一步而言，所述控制模块由stm32单片机构成，所述控制模块分别与驱动模块、摄像头模块、探照灯模块、供电模块和远程终端模块电性连接，可以控制所述驱动模块中的电机转速及履带模块的转向，调节所述摄像头模块的转向，控制所述探照灯模块的开关及亮度，同时将摄像头模块采集到的图像、驱动模块中的电机状态、摄像头模块底部舵机底座的角度及探照灯状况传递到远程终端模块进行显示。

进一步而言，所述远程终端模块由电脑及上位机软件构成，和控制模块通过有线方式进行通信，接收控制模块发送的管道内部图像和履带式移动机器人状态信息并实时显示，以及发送控制命令给控制模块实现远程操作。

进一步而言，所述供电模块通过有线线缆接口与外部电源和履带式移动机器人电性相连，为所述驱动模块、摄像头模块、探照灯模块和控制模块进行供电。

进一步而言，所述履带连接模块对称设置在缸筒两侧，所述后驱动臂对称连接在履带外侧连接板外侧，所述前驱动臂对称连接在履带内侧连接板外侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过远程终端模块间接的控制履带式移动机器人，并实时通过摄像头模块监测管道内部状态及履带式移动机器人状态；设有履带连接模块，其前后驱动轴同轴嵌套于缸筒上，前后驱动臂将前后驱动轴和履带两侧连接板铰接在一起，通过调节前后驱动轴的转动角度，带动履带模块进行伸缩和转动，以适应不同内径的管道；提供控制模块和远程终端进行全双工通信，使摄像头能进行多角度图像采样，动态调节探照灯亮度，提供更好的采样环境；履带模块和普通轮式模块相比，拥有更高的牵引力及抓地力，使机器人在管道内稳定的行走。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的履带式移动机器人正面结构示意图；

图3为本发明的履带式移动机器人侧面结构示意图；

图4为本发明的履带式移动机器人俯视图；

图5为本发明的控制模块程序流程图；

图6为本发明的远程终端模块上位机程序流程图；

图中：1-主体模块，2-驱动模块，3-履带连接模块，4-摄像头模块，5-探照灯模块，6-控制模块，7-供电模块，8-远程终端模块，9-履带模块，10-履带外侧连接板，11-后驱动臂，12-后缸筒，13-后驱动轴，14-后盖，15-螺栓，16-螺母，17-前驱动臂，18-缸筒，19-前缸筒，20-前盖，21-探照灯，22-舵机底座，23-联轴器，24-摄像头，25-履带内侧连接板，26-探照灯底座，27-有线线缆接口，28-前驱动轴。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：

一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，包括作为履带式移动机器人结构基座的主体模块1，主体模块1两侧通过对称设置的履带连接模块3连接于驱动模块2，主体模块1左侧设置有摄像头模块4和探照灯模块5，主体模块1内部设置有用于和远程终端模块8连接的控制模块6，驱动模块2、摄像头模块4、探照灯模块5和控制模块6均与供电模块7电性连接。

如图1-4所示，主体模块1作为履带式移动机器人的结构基座包括缸筒18，缸筒18左侧连接有前缸筒19，前缸筒19左侧连接有前盖20，缸筒18右侧连接有后缸筒12，后缸筒12右侧连接有后盖14，缸筒18与前缸筒19和后缸筒12之间均通过螺栓15与螺母16紧固连接。

如图1-4所示，驱动模块2包括履带模块9和电机，电机通过有线线缆接口27与外部电源电性连接，驱动模块2为履带式移动机器人的行走提供动力，同时能够为履带式移动机器人提供无极变速以及转向功能。

如图1-4所示，履带连接模块3包括与缸筒18同轴嵌套的后驱动轴13和前驱动轴28，后驱动轴13通过螺栓15和螺母16的配合与后驱动臂11进行铰接，前驱动轴28通过螺栓15和螺母16的配合与前驱动臂17进行铰接，后驱动臂11通过紧固件与履带外侧连接板10铰接，前驱动臂17通过紧固件与履带内侧连接板25铰接，履带外侧连接板10与履带内侧连接板25之间刚性连接有履带模块9，后驱动轴13与前驱动轴28均可绕主体模块1转动。履带连接模块3对称设置在缸筒18两侧，后驱动臂11对称连接在履带外侧连接板10外侧，前驱动臂17对称连接在履带内侧连接板25外侧。

如图1-4所示，摄像头模块4包括舵机底座22，舵机底座22下侧与前盖20刚性连接，舵机底座22上侧通过联轴器23与摄像头24紧固连接。摄像头模块4，可进行360度旋转，用于检测管道内部的状况，提供更多的管道内部状态信息。

如图1-4所示，探照灯模块5包括探照灯21和探照灯底座26，探照灯底座26连接在前盖20左侧，探照灯底座26左侧设置有探照灯21，探照灯21与控制模块6电性连接。在黑暗的管道中提供光源，便于摄像头24采样。

如图1-4所示，控制模块6由stm32单片机构成，控制模块6分别与驱动模块2、摄像头模块4、探照灯模块5、供电模块7和远程终端模块8电性连接，可以控制驱动模块2中的电机转速及履带模块9的转向，调节摄像头模块4的转向，控制探照灯模块5的开关及亮度，同时将摄像头模块4采集到的图像、驱动模块2中的电机状态、摄像头模块4底部舵机底座22的角度及探照灯21状况传递到远程终端模块8进行显示。

远程终端模块8由电脑及上位机软件构成，和控制模块6通过有线方式进行通信，接收控制模块6发送的管道内部图像和履带式移动机器人状态信息并实时显示，以及发送控制命令给控制模块6实现远程操作。

供电模块7通过有线线缆接口27与外部电源和履带式移动机器人电性相连，为驱动模块2、摄像头模块4、探照灯模块5和控制模块6进行供电。

如图5所示，控制模块6接收远程终端模块8命令后对履带式移动机器人进行直接控制。程序开始后，初始化***，和远程终端模块8进行连接，如果连接不成功则再次进行连接，直到连接成功后进行下一步操作；循环接收远程终端模块8命令，当接收到命令后，判断是对那个模块进行控制；接收到驱动模块2命令后，判断是驱动模块2中电机启动停止、转向或调速命令；接收到探照灯模块5命令后，判断是探照灯21开关或者亮度调节命令；接收到摄像头模块4命令后，判断是摄像头24开关或者舵机底座22角度设置命令；在命令判断完成后就开始执行，如果接收到摄像头24开启命令，还要将采集图像进行回传；循环等待接收命令，每接收一条命令，都按照流程执行。

如图6所示，远程终端模块8发送命令到控制模块6进行间接控制，同时接收控制模块6的信息进行显示。程序开始后，进行***初始化，和控制模块6进行连接，如果不成功则再次进行连接，直到连接成功后进行下一步操作；程序拥有两个分支，一个分支循环接收控制模块6传回的信息并进行显示，另一个分支发送命令给控制模块6间接控制履带式移动机器人，可对驱动模块2发送电机启动和停止、转向和调速命令，对探照灯模块5发送探照灯21开关和亮度调节命令，对摄像头模块4发送摄像头24开关和舵机底座22转角设置命令。命令可以在远程终端模块8的可视化上位机软件进行重复设置。

工作原理：

通过有线线缆接口27将履带式移动机器人和远程终端模块8以及供电模块7电性连接，履带式移动机器人通电后将控制模块6和远程终端模块8连接；调整履带式移动机器人左右两侧的履带连接模块3内部的后驱动轴13和前驱动轴28相对缸筒18的角度，使履带式移动机器人适应管道直径，将履带式移动机器人放入管道后，通过远程终端模块8对履带式移动机器人进行控制，可随时开启探照灯21和摄像头24，摄像头24采样后将采样图像传回远程终端模块8进行显示，摄像头模块4可进行360度旋转，用于检测管道内部的状况，提供更多的管道内部状态信息；驱动模块2接到启动命令后，履带式移动机器人开始移动，可以随时调节电机转速、舵机底座22转角及探照灯21亮度，观察到需要转向时，发送转向命令控制履带式移动机器人进行转向，自由灵活的控制履带式移动机器人在管道中进行移动。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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。

Claims (10)

1.一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：包括作为履带式移动机器人结构基座的主体模块(1)，所述主体模块(1)两侧通过对称设置的履带连接模块(3)连接于驱动模块(2)，所述主体模块(1)左侧设置有摄像头模块(4)和探照灯模块(5)，所述主体模块(1)内部设置有用于和远程终端模块(8)连接的控制模块(6)，所述驱动模块(2)、摄像头模块(4)、探照灯模块(5)和控制模块(6)均与供电模块(7)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述主体模块(1)作为履带式移动机器人的结构基座包括缸筒(18)，所述缸筒(18)左侧连接有前缸筒(19)，所述前缸筒(19)左侧连接有前盖(20)，所述缸筒(18)右侧连接有后缸筒(12)，所述后缸筒(12)右侧连接有后盖(14)，所述缸筒(18)与前缸筒(19)和后缸筒(12)之间均通过螺栓(15)与螺母(16)紧固连接。

3.根据权利要求1所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述驱动模块(2)包括履带模块(9)和电机，所述电机通过有线线缆接口(27)与外部电源电性连接，所述驱动模块(2)为履带式移动机器人的行走提供动力，同时能够为履带式移动机器人提供无极变速以及转向功能。

4.根据权利要求1所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述履带连接模块(3)包括与缸筒(18)同轴嵌套的后驱动轴(13)和前驱动轴(28)，所述后驱动轴(13)通过螺栓(15)和螺母(16)的配合与所述后驱动臂(11)进行铰接，所述前驱动轴(28)通过螺栓(15)和螺母(16)的配合与所述前驱动臂(17)进行铰接，所述后驱动臂(11)通过紧固件与履带外侧连接板(10)铰接，所述前驱动臂(17)通过紧固件与履带内侧连接板(25)铰接，所述履带外侧连接板(10)与履带内侧连接板(25)之间刚性连接有履带模块(9)，所述后驱动轴(13)与前驱动轴(28)均可绕主体模块(1)转动。

5.根据权利要求1所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述摄像头模块(4)包括舵机底座(22)，所述舵机底座(22)下侧与前盖(20)刚性连接，所述舵机底座(22)上侧通过联轴器(23)与摄像头(24)紧固连接。

6.根据权利要求1所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述探照灯模块(5)包括探照灯(21)和探照灯底座(26)，所述探照灯底座(26)连接在前盖(20)左侧，所述探照灯底座(26)左侧设置有探照灯(21)，所述探照灯(21)与控制模块(6)电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述控制模块(6)由stm32单片机构成，所述控制模块(6)分别与驱动模块(2)、摄像头模块(4)、探照灯模块(5)、供电模块(7)和远程终端模块(8)电性连接，可以控制所述驱动模块(2)中的电机转速及履带模块(9)的转向，调节所述摄像头模块(4)的转向，控制所述探照灯模块(5)的开关及亮度，同时将摄像头模块(4)采集到的图像、驱动模块(2)中的电机状态、摄像头模块(4)底部舵机底座(22)的角度及探照灯(21)状况传递到远程终端模块(8)进行显示。

8.根据权利要求1所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述远程终端模块(8)由电脑及上位机软件构成，和控制模块(6)通过有线方式进行通信，接收控制模块(6)发送的管道内部图像和履带式移动机器人状态信息并实时显示，以及发送控制命令给控制模块(6)实现远程操作。

9.根据权利要求1所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述供电模块(7)通过有线线缆接口(27)与外部电源和履带式移动机器人电性相连，为所述驱动模块(2)、摄像头模块(4)、探照灯模块(5)和控制模块(6)进行供电。

10.根据权利要求4所述的一种面向复杂结构管道检测的履带式移动机器人，其特征在于：所述履带连接模块(3)对称设置在缸筒(18)两侧，所述后驱动臂(11)对称连接在履带外侧连接板(10)外侧，所述前驱动臂(17)对称连接在履带内侧连接板(25)外侧。

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