一种管道机器人无线通信系统及工作方法技术方案

本发明专利技术提出了一种管道机器人无线通信系统及工作方法，至少包括地上通信模块、柔性路由器节点、电缆/绳索和机器人终端，所述地上通信模块包括上位机和ZigBee协调器，所述柔性路由器节点包括ZigBee路由器、锂电池、无线取电模块、整流稳压模块、柔性电路板和柔性保护壳，ZigBee路由器、锂电池、整流稳压模块集成在柔性电路板上，可弯曲成圆筒状固定在电缆上，无线取电模块套在电缆上，与柔性电路板电气连接，柔性保护壳套在柔性电路板和无线取电模块外部，起到保护和防水作用。无线通信系统通过多个柔性路由器节点在管道内进行无线通信。机器人终端包括管道机器人本体和ZigBee终端。本发明专利技术实现了管道内长距离无线通信，对管道无线通信领域具有重要意义。通信领域具有重要意义。通信领域具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种管道机器人无线通信系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及无线通信、无线取电、管道机器人领域，具体为一种管道机器人无线通信系统及工作方法。

技术介绍

[0002]排水管道是人类社会的重要基础设施，其安全可靠地运行对人类生产和生活的有效开展及其生命和财产的安全保障都有重要影响。城镇地下管网的运维和检修是中国现代化城镇化建设中的重大工程，是城镇排污排泄的重要组成部分。随着机器人技术的发展，使用管道巡检机器人进行城市排水管道的运维已逐渐成为主流方法。目前管道机器人与地面的通信方式主要是有线通信。有线通信在长距离通信时对信号源要求较高，线缆需要定制，对通信协议和传输速率限制较大。区别于平地作业，管道作业环境复杂，信号传输受干扰严重，且管道内不易部署无线基站，地面与管道内的无线通信难以实现。因此，设计一种管道机器人无线通信系统具有重要的实用价值。
[0003]如专利技术专利“一种基于地下管道的弹性导波无线通信系统”（申请号：CN113708848B）采用弹性导波在地面和管道内进行通信，但这种方案对于管道环境的要求较高，通信质量依赖管道材质等。此外，专利技术专利“Wireless communication systems for underground pipe inspection”（申请号：14/569,889）在地面上布置无线通信节点，实现地下管道机器人与地面无线通信节点的通信，但是无线信号要穿透地层，存在信号遮挡和衰减，通信质量严重受限于地面无线通信节点的布置位置、地层和管道的材质和厚度等，难以实用化。因此，设计简单可靠的管道机器人无线通信系统对于城市排水管道的运维具有重要意义。
[0004]目前的路由器节点供电多采用电池或电缆供电，使用电池供电有续航不足、更换困难的问题，而采用电缆分别给多个路由器节点供电会增加额外的线路，当节点数较多时，部署成本较高，作业难度较大。因此，开发一种节点直接从连接电缆上无线取电的系统对于管道机器人无线通信系统的搭建具有重要意义。

技术实现思路

[0005]针对克服无线通信在管道内传输距离近、信号不稳定、依赖外部环境的问题，本专利技术提出一种管道机器人无线通信系统及工作方法，能够实现管道内的无线通信和从电缆上进行无线充电。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种管道机器人无线通信系统，由地上通信模块、柔性路由器节点、电缆/绳索，以及机器人终端组成，其特征在于；所述地上通信模块包括上位机、ZigBee协调器，ZigBee协调器与上位机通过USB相连接，作为上位机与网络通信的端口，负责启动整个网络，并对网络进行配置；所述柔性路由器节点包括ZigBee路由器、锂电池、无线取电模块、整流稳压模块和
柔性电路板，ZigBee路由器、锂电池、整流稳压模块集成在柔性电路板上，柔性电路板弯曲成圆筒状固定在所述的电缆/绳索上，所述的无线取电模块呈圆筒状安装在电缆/绳索上，线圈的两端和整流稳压模块相连；所述管道机器人无线通信系统通过至少2个柔性路由器节点在管道内进行无线通信；所述无线取电模块包括线圈和整流稳压模块，当电缆上有交流电流通过时，基于电磁感应定律通过线圈感应获得感应电流，经过整流稳压电路给ZigBee路由器供电和锂电池充电，无线取电模块通过线圈产生的感应电动势为E=nΔΦ/Δt其中n为线圈匝数，ΔΦ/Δt为磁通量的变化率，当无线取电模块产生的感应电动势不足以为ZigBee路由器供电或者管道机器人与地上仅通过绳索相连时，通过锂电池为ZigBee路由器供电。
[0007]作为本专利技术系统进一步改进，所述柔性电路板和无线取电模块外部套有柔性保护壳，无线取电模块和柔性电路板都呈圆筒状并排安装在电缆/绳索上，且使用柔性保护壳套在柔性电路板和无线取电模块外部，对柔性电路板和无线取电模块起到固定、保护和防水作用。
[0008]作为本专利技术系统进一步改进，两个路由器节点间的最大通信距离为d米，假设机器人终端与上位机之间的距离为l，则所需的路由器节点数为l/d
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1。
[0009]作为本专利技术系统进一步改进，所述机器人终端包括管道机器人本体和ZigBee终端，管道机器人与ZigBee终端通过串口相连接，与地上进行通信。
[0010]本专利技术提供一种管道机器人无线通信系统的工作方法，其特征在于，所述的无线通信系统的工作方法步骤为：步骤S1：根据管道机器人电缆的长度确定路由器节点的数量；步骤S2：安装管道机器人无线通信系统；步骤S3：根据需要传输的数据的类型、实时性和大小，设置网络的传输速率和无线信道频段；步骤S4：启动网络；步骤S5：通过上位机读取管道机器人发回的数据，并可以向管道机器人发送指令；步骤S6：是否继续工作，如果选择是则进入步骤5，如果选择否，则结束工作，关闭网络。
[0011]本专利技术的一种管道机器人无线通信系统及工作方法具有以下几种优点：（1）能够实现地上与管道机器人的远距离通信；（2）能够通过无线取电模块从电缆上无线取电，解决了路由器节点的续航问题；（3）能够根据管道机器人的工作距离，灵活调整节点数量、通信速率和信道；（4）系统简单可靠，通信质量对外部环境的依赖较小。
附图说明
[0012]图1是本专利技术实施例的管道机器人无线通信系统组成框图;图2是本专利技术实施例的柔性路由器节点和无线取电模块的立体视图;
图3是本专利技术实施例的柔性路由器节点和无线取电模块的分层结构示意图;图4是本专利技术实施例的柔性路由节点展开图;图5是本专利技术实施例的管道机器人无线通信系统使用示意图;图6是本专利技术实施例的管道机器人无线通信系统工作方法流程图。
[0013]附图标记如下：1、机器人终端；1
‑
1、管道机器人本体；1
‑
2、ZigBee终端；2、柔性路由器节点；2
‑
1、ZigBee路由器；2
‑
2、锂电池；2
‑
3、整流稳压模块；2
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4、线圈；2
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5、柔性电路板；2
‑
6、柔性保护壳；2
‑
7、无线取电模块；3、地上通信模块；3
‑
1、ZigBee协调器；3
‑
2、上位机；4、电缆/绳索。
实施方式
[0014]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：参照图1、图2、图3和图5，所述的管道机器人无线通信系统包括：机器人终端1、柔性路由器节点2、地上通信模块3和电缆/绳索4。所述机器人终端1包括管道机器人本体1
‑
1和ZigBee终端1
‑
2，管道机器人本体1
‑
1和ZigBee终端1
‑
2通过串口相连接；所述柔性路由器节点2包括ZigBee路由器2
‑
1、锂电池2
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2、无线取电模块2
‑
7、柔性电路板2
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5和柔性保护壳2
‑
6，无线取电模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道机器人无线通信系统，由地上通信模块、柔性路由器节点、电缆/绳索，以及机器人终端组成，其特征在于；所述地上通信模块包括上位机、ZigBee协调器，ZigBee协调器与上位机通过USB相连接，作为上位机与网络通信的端口，负责启动整个网络，并对网络进行配置；所述柔性路由器节点包括ZigBee路由器、锂电池、无线取电模块、整流稳压模块和柔性电路板，ZigBee路由器、锂电池、整流稳压模块集成在柔性电路板上，柔性电路板弯曲成圆筒状固定在所述的电缆/绳索上，所述的无线取电模块呈圆筒状安装在电缆/绳索上，线圈的两端和整流稳压模块相连；所述管道机器人无线通信系统通过至少2个柔性路由器节点在管道内进行无线通信；所述无线取电模块包括线圈和整流稳压模块，当电缆上有交流电流通过时，基于电磁感应定律通过线圈感应获得感应电流，经过整流稳压电路给ZigBee路由器供电和锂电池充电，无线取电模块通过线圈产生的感应电动势为E=nΔΦ/Δt其中n为线圈匝数，ΔΦ/Δt为磁通量的变化率，当无线取电模块产生的感应电动势不足以为ZigBee路由器供电或者管道机器人与地上仅通过绳索相连时，通过锂电池为ZigBee路由器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，沈文杰，陈鑫，宋佳琪，宋爱国，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：