六轮同步涵管内壁检测机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了六轮同步涵管内壁检测机器人。现有水库涵管机器人结构复杂，检测效果也不理想。本实用新型专利技术的红外传感器和倾角传感器将信号传给控制系统，控制系统控制步进电机和两自由度云台摄像检测结构；支撑结构上固定步进电机；前进驱动系统和转向驱动系统分设在前、后支撑结构内；前面的步进电机通过前进驱动系统同时给三个前驱动轮腿机构提供前进动力；后面的步进电机通过转向驱动系统同时带动三个后驱动轮腿机构转动；固定在后驱动轮腿机构的周转轮筒上的链轮与对应一个前驱动轮腿机构的周转轮筒上固定的链轮通过链条连接。本实用新型专利技术适合不同管径大小的涵管，往返过程中均能实现避障。

The six round of culvert wall synchronous detection robot

The utility model discloses six wheel synchronous culvert wall measurement robot. The existing reservoir culvert robot structure is complicated, the detection effect is not ideal. The utility model of the infrared sensor and tilt sensor sends the signal to the control system, control system, stepper motor control and two DOF PTZ camera detection structure; the supporting structure of fixed step motor; forward driving system and driving and steering system are respectively arranged on the front and rear support structure; in front of the stepper motor through the driving at the same time to the three front drive system of wheel leg mechanism provide forward momentum; behind the step motor through the steering drive system and drive three drive wheel leg mechanism to rotate; fixed drive wheel leg mechanism in the revolving wheel cylinder sprocket and the corresponding driving wheel leg mechanism is fixed on the revolving wheel cylinder through the chain sprocket a connection before. The utility model is suitable for the culvert pipes with different pipe diameters, the obstacle avoidance can return process.

【技术实现步骤摘要】
六轮同步涵管内壁检测机器人
本技术属于管道机器人
，具体涉及六轮同步涵管内壁检测机器人。
技术介绍
水库放水涵管作为下游灌溉、供水的输送通道，是重要的水工建筑物之一。涵管道在服役期间，由于受到长期的流体冲刷及自然环境的作用，不可避免的会出现管道破损。涵管出险具有隐蔽性、突发性和牵连性，一旦出现险情就有可能造成重大损失，甚至造成其他破坏性后果，因此放水涵管的定期检测格外重要。然而管道所处的环境往往是人们所不易直接达到或不允许人们直接进入的，检修难度很大。目前，国内外对涵管的检测主要采取人工观察测量、局破损检测的办法，并需要进一步通过挖掘作业才能完全确定管道破损的位置。显然这种检测管道的方法能耗大、效率低，且容易破坏管道附近的其他设施。而国内外所研制的管道机器人大部分也是针对工业管道和细小的管道，只有少部分针对水库涵管的机器人，但是结构复杂、价格昂贵，而且具体检测效果也不理想。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有涵管检测装置的不足，提供一种安全可靠、结构简单的管道内壁检测机器人。本技术包括两自由度云台摄像检测结构、链条、前驱动轮腿机构、红外传感器、后驱动轮腿机构、链轮、倾角传感器、支撑结构架、步进电机、密封防水盖板、驱动系统和控制系统。所述的支撑结构架由通过三根连架杆固定连接的前、后两个支撑结构组成；所述的驱动系统包括前进驱动系统和转向驱动系统；前进驱动系统支撑在前面的支撑结构上，转向驱动系统支撑在后面的支撑结构上；支撑结构为正六边形框架；支撑结构外端固定密封防水盖板；前面支撑结构的六个侧面上分别间隔设置前驱动轮腿机构和红外传感器，后面支撑结构的六个侧面上分别间隔设置后驱动轮腿机构和红外传感器；前、后支撑结构在红外传感器所在侧面处均设置倾角传感器；所述的密封防水盖板上设有两自由度云台摄像检测结构；所述的控制系统固定在支撑结构架上，红外传感器和倾角传感器将信号传给控制系统，控制系统控制步进电机和两自由度云台摄像检测结构；支撑结构的内侧板上固定步进电机，步进电机的输出轴中心与支撑结构的中心轴重合；所述的前进驱动系统和转向驱动系统均采用分动机构，且分设在前、后支撑结构内；前面的步进电机通过前进驱动系统同时给三个前驱动轮腿机构提供前进动力；后面的步进电机通过转向驱动系统同时带动三个后驱动轮腿机构转动；固定在后驱动轮腿机构的周转轮筒上的链轮与对应一个前驱动轮腿机构的周转轮筒上固定的链轮通过链条连接。所述的分动机构包括主锥齿轮、分动锥齿轮和分动锥齿轮轴；所述的主锥齿轮固定在步进电机的输出轴上，与主锥齿轮啮合的三个分动锥齿轮固定在三根分动锥齿轮轴上；分动锥齿轮轴通过轴承支承在支撑结构上。所述的前驱动轮腿机构和后驱动轮腿机构均包括伸缩弹簧、周转轮筒、浮动支架、滚动轮、滚动轮轴；前驱动轮腿机构还包括滚动轮驱动轴、滚动轮从动锥齿轮和滚动轮主动锥齿轮。所述的前驱动轮腿机构中，周转轮筒通过周转轮筒支承件与支撑结构构成转动副；浮动支架与周转轮筒侧壁的滑槽构成滑动副，且浮动支架内端与周转轮筒通过伸缩弹簧连接；滚动轮轴通过轴承支承在浮动支架外端；滚动轮轴两端均固定滚动轮；滚动轮驱动轴的外端固定滚动轮主动锥齿轮；滚动轮主动锥齿轮与固定在滚动轮轴上的滚动轮从动锥齿轮啮合；每个前驱动轮腿机构的滚动轮驱动轴内端与前进驱动系统对应的一根分动锥齿轮轴外端固定。所述的后驱动轮腿机构中，周转轮筒通过周转轮筒支承件与支撑结构构成转动副；浮动支架与周转轮筒侧壁的滑槽构成滑动副，且浮动支架内端与周转轮筒通过伸缩弹簧连接；滚动轮轴通过轴承支承在浮动支架外端；滚动轮轴两端均固定滚动轮；每个后驱动轮腿机构的周转轮筒内端与转向驱动系统对应的一根分动锥齿轮轴固定。所述的两自由度云台摄像检测结构包括云台外框、周转底盘、机械臂、摄像头、360°舵机和180°舵机；所述的云台外框固定在密封防水盖板上，周转底盘与云台外框构成转动副，360°舵机的输出轴与周转底盘固定，180°舵机的底座与周转底盘固定，机械臂与180°舵机的输出轴固定，摄像头与机械臂固定。所述的控制系统包括控制芯片、wifi模块、无线串口模块和六轴加速度传感器；六轴加速度传感器、步进电机、180°舵机、360°舵机、红外传感器和倾角传感器均通过电缆与控制芯片相连，控制芯片通过无线串口模块与上位机通信。摄像头通过wifi模块与上位机通信；上位机将运动指令由无线串口模块发给控制芯片来控制步进电机、180°舵机和360°舵机的运动，从而控制前驱动轮腿机构和后驱动轮腿机构。所述的摄像头带有环状光源。所述的控制芯片采用以ARMCORTEX-M3为内核的STM32F103RCT6芯片。所述的wifi模块由移动电源降至+5V供电。本技术具有的有益效果是：本技术适合不同管径大小的涵管，结构简单轻便；采用两自由度云台摄像检测结构作为摄像头支架，底盘周转配合机械臂180度摆动可实现多方位角检测；带环状光源的高清摄像头成像效果好，适合管内无光环境；而且本技术前后各装置一个摄像头，往返过程中均能实现避障；所采用的红外传感器不仅能探测距离而且还能检测障碍物大小，判断机器人是否能完全通过，大大地提高了安全性；本技术装有倾角传感器，能测量其围绕自身轴线周向转动时所转的角度，实现精准调控机器人在管道中的姿态的同时实现摄像头绝对方位角不变；转向轮腿间采用链传动实现同步，提高了可靠性；本技术的控制系统极大程度上提高了机器人的灵活性和作业效率，并且当遇到突发状况时，还可通过上位机采用手动模式安全退出。附图说明图1为本技术的整体结构立体图；图2为本技术中两自由度云台摄像检测结构的结构立体图；图3为本技术中前进驱动系统的结构示意图；图4为本技术中前驱动轮腿机构的运动简图；图5为本技术中后驱动轮腿机构的运动简图；图6为本技术中支撑结构架的示意图；图7为本技术中转向驱动系统的结构示意图；图8为本技术中分动机构的运动简图；图9为本技术中控制系统的结构框图。图中：1、前置高清摄像头，2、环状光源，3、两自由度云台摄像检测结构，4、前进驱动系统，5、链条，6、前驱动轮腿机构，7、红外传感器，8、后驱动轮腿机构，9、链轮，10、后置高清摄像头，11、倾角传感器，12、支撑结构架，13、步进电机，14、转向驱动系统，15、密封防水盖板，16、驱动系统，17、摄像头，18、控制芯片，19、wifi模块，20、无线串口模块，21、六轴加速度传感器，22、上位机，3-1、云台外框，3-2、周转底盘，3-3、机械臂，3-4、180°度舵机，3-5、360°度舵机，4-1、分动锥齿轮，4-2、主锥齿轮，6-1、周转轮筒支承件，6-2、伸缩弹簧，6-3周转轮筒，6-4、浮动支架，6-5、滚动轮驱动轴，6-6、滚动轮，6-7、滚动轮轴，6-8、滚动轮从动锥齿轮，6-9、滚动轮主动锥齿轮，6-10、分动锥齿轮轴，12-1、内侧板，12-2、支撑结构，12-3、连架杆。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步说明。如图1、图3、图6、图7所示，六轮同步涵管内壁检测机器人，包括两自由度云台摄像检测结构3、链条5、前驱动轮腿机构6、红外传感器7、后驱动轮腿机构8、链轮9、倾角传感器11、支本文档来自技高网...

【技术保护点】
六轮同步涵管内壁检测机器人，包括两自由度云台摄像检测结构、链条、前驱动轮腿机构、红外传感器、后驱动轮腿机构、链轮、倾角传感器、支撑结构架、步进电机、密封防水盖板、驱动系统和控制系统，其特征在于：所述的支撑结构架由通过三根连架杆固定连接的前、后两个支撑结构组成；所述的驱动系统包括前进驱动系统和转向驱动系统；前进驱动系统支撑在前面的支撑结构上，转向驱动系统支撑在后面的支撑结构上；支撑结构为正六边形框架；支撑结构外端固定密封防水盖板；前面支撑结构的六个侧面上分别间隔设置前驱动轮腿机构和红外传感器，后面支撑结构的六个侧面上分别间隔设置后驱动轮腿机构和红外传感器；前、后支撑结构在红外传感器所在侧面处均设置倾角传感器；所述的密封防水盖板上设有两自由度云台摄像检测结构；所述的控制系统固定在支撑结构架上，红外传感器和倾角传感器将信号传给控制系统，控制系统控制步进电机和两自由度云台摄像检测结构；支撑结构的内侧板上固定步进电机，步进电机的输出轴中心与支撑结构的中心轴重合；所述的前进驱动系统和转向驱动系统均采用分动机构，且分设在前、后支撑结构内；前面的步进电机通过前进驱动系统同时给三个前驱动轮腿机构提供前进动力；后面的步进电机通过转向驱动系统同时带动三个后驱动轮腿机构转动；固定在后驱动轮腿机构的周转轮筒上的链轮与对应一个前驱动轮腿机构的周转轮筒上固定的链轮通过链条连接；所述的分动机构包括主锥齿轮、分动锥齿轮和分动锥齿轮轴；所述的主锥齿轮固定在步进电机的输出轴上，与主锥齿轮啮合的三个分动锥齿轮固定在三根分动锥齿轮轴上；分动锥齿轮轴通过轴承支承在支撑结构上；所述的前驱动轮腿机构和后驱动轮腿机构均包括伸缩弹簧、周转轮筒、浮动支架、滚动轮、滚动轮轴；前驱动轮腿机构还包括滚动轮驱动轴、滚动轮从动锥齿轮和滚动轮主动锥齿轮；所述的前驱动轮腿机构中，周转轮筒通过周转轮筒支承件与支撑结构构成转动副；浮动支架与周转轮筒侧壁的滑槽构成滑动副，且浮动支架内端与周转轮筒通过伸缩弹簧连接；滚动轮轴通过轴承支承在浮动支架外端；滚动轮轴两端均固定滚动轮；滚动轮驱动轴的外端固定滚动轮主动锥齿轮；滚动轮主动锥齿轮与固定在滚动轮轴上的滚动轮从动锥齿轮啮合；每个前驱动轮腿机构的滚动轮驱动轴内端与前进驱动系统对应的一根分动锥齿轮轴外端固定；所述的后驱动轮腿机构中，周转轮筒通过周转轮筒支承件与支撑结构构成转动副；浮动支架与周转轮筒侧壁的滑槽构成滑动副，且浮动支架内端与周转轮筒通过伸缩弹簧连接；滚动轮轴通过轴承支承在浮动支架外端；滚动轮轴两端均固定滚动轮；每个后驱动轮腿机构的周转轮筒内端与转向驱动系统对应的一根分动锥齿轮轴固定；所述的两自由度云台摄像检测结构包括云台外框、周转底盘、机械臂、摄像头、360°舵机和180°舵机；所述的云台外框固定在密封防水盖板上，周转底盘与云台外框构成转动副，360°舵机的输出轴与周转底盘固定，180°舵机的底座与周转底盘固定，机械臂与180°舵机的输出轴固定，摄像头与机械臂固定。...

【技术特征摘要】
1.六轮同步涵管内壁检测机器人，包括两自由度云台摄像检测结构、链条、前驱动轮腿机构、红外传感器、后驱动轮腿机构、链轮、倾角传感器、支撑结构架、步进电机、密封防水盖板、驱动系统和控制系统，其特征在于：所述的支撑结构架由通过三根连架杆固定连接的前、后两个支撑结构组成；所述的驱动系统包括前进驱动系统和转向驱动系统；前进驱动系统支撑在前面的支撑结构上，转向驱动系统支撑在后面的支撑结构上；支撑结构为正六边形框架；支撑结构外端固定密封防水盖板；前面支撑结构的六个侧面上分别间隔设置前驱动轮腿机构和红外传感器，后面支撑结构的六个侧面上分别间隔设置后驱动轮腿机构和红外传感器；前、后支撑结构在红外传感器所在侧面处均设置倾角传感器；所述的密封防水盖板上设有两自由度云台摄像检测结构；所述的控制系统固定在支撑结构架上，红外传感器和倾角传感器将信号传给控制系统，控制系统控制步进电机和两自由度云台摄像检测结构；支撑结构的内侧板上固定步进电机，步进电机的输出轴中心与支撑结构的中心轴重合；所述的前进驱动系统和转向驱动系统均采用分动机构，且分设在前、后支撑结构内；前面的步进电机通过前进驱动系统同时给三个前驱动轮腿机构提供前进动力；后面的步进电机通过转向驱动系统同时带动三个后驱动轮腿机构转动；固定在后驱动轮腿机构的周转轮筒上的链轮与对应一个前驱动轮腿机构的周转轮筒上固定的链轮通过链条连接；所述的分动机构包括主锥齿轮、分动锥齿轮和分动锥齿轮轴；所述的主锥齿轮固定在步进电机的输出轴上，与主锥齿轮啮合的三个分动锥齿轮固定在三根分动锥齿轮轴上；分动锥齿轮轴通过轴承支承在支撑结构上；所述的前驱动轮腿机构和后驱动轮腿机构均包括伸缩弹簧、周转轮筒、浮动支架、滚动轮、滚动轮轴；前驱动轮腿机构还包括滚动轮驱动轴、滚动轮从动锥齿轮和滚动轮主动锥齿轮；所述的前驱动轮腿机构中，周转轮筒通过周转轮筒支承件与支撑结构构成转动副；浮动支架与周转轮筒侧壁的滑槽构成滑动副，且浮动支架内...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱超宁，沈锦，周忠坤，夏旭东，陈建能，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33