一种运维巡检清淤机器人及其清淤方法

申请号 CN202410461138.5 申请日 2024-04-17 公开(公告)号 CN118065492A 公开(公告)日 2024-05-24
申请人 三峡环境科技有限公司; 长江生态环保集团有限公司; 发明人 刘龙志; 王殿常; 张田田; 付兴伟;
摘要 一种运维巡检清淤 机器人 及其清淤方法,包括爬行器主体,爬行器主体的前端安装有桨叶 驱动器 ,桨叶驱动器的 输出轴 上安装有螺旋桨叶,爬行器主体的顶部安装有第一升降装置,第一升降装置上安装有 云 台相机和 光源 ,爬行器主体上在位于螺旋桨叶的一侧安装有声呐 探头 ,螺旋桨叶设置有两个,且两个所述螺旋桨叶的旋转方向相反。通过上述结构,可以使得机器人在满 水 管道中检测时,不仅仅获得管道内壁 缺陷 信息,同时可以通过前端设置的声呐探头获取管道内部的淤泥沉积信息,提升了管道检测数据的全面性,同时在机器人检测完成后能够通过螺旋桨叶对管道底部沉积的淤泥进行清理,做到检测的同时对管道进行清淤,提升了管道运维效率。
权利要求

1.一种运维巡检清淤机器人,包括爬行器主体(1),其特征在于:所述爬行器主体(1)的前端安装有桨叶驱动器(5),桨叶驱动器(5)的输出轴上安装有螺旋桨叶(6),爬行器主体(1)的顶部安装有第一升降装置(2),第一升降装置(2)上安装有台相机(3)和光源,爬行器主体(1)上在位于螺旋桨叶(6)的一侧安装有声呐探头(7),声呐探头(7)用于检测管道内淤泥沉积厚度;所述螺旋桨叶(6)设置有两个,且两个所述螺旋桨叶(6)的旋转方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种运维巡检清淤机器人,其特征在于:所述爬行器主体(1)上还安装有气压传感器(8)。
3.根据权利要求1所述的一种运维巡检清淤机器人,其特征在于:所述桨叶驱动器(5)包括电机(51)、第一伞齿轮(52)、第二伞齿轮(53)、第三伞齿轮(54)以及输出管轴(55),电机(51)的输出轴上固定安装有第一伞齿轮(52),输出管轴(55)转动的安装在电机(51)的输出轴上,输出管轴(55)上固定安装有第三伞齿轮(54),桨叶驱动器(5)的壳体上转动的安装有第二伞齿轮(53),第二伞齿轮(53)位于第一伞齿轮(52)和第三伞齿轮(54)之间,第一伞齿轮(52)与第二伞齿轮(53)啮合,第二伞齿轮(53)与第三伞齿轮(54)啮合。
4.根据权利要求1所述的一种运维巡检清淤机器人,其特征在于:所述爬行器主体(1)上安装有声呐固定架(12), 声呐探头(7)安装在声呐固定架(12)上。
5.根据权利要求1所述的一种运维巡检清淤机器人,其特征在于:所述第一升降装置(2)包括第一升降座(21)、第一机(22)、第一支臂(23)以及第二支臂(25),第一舵机(22)安装在爬行器主体(1)上,第一舵机(22)两侧的输出轴上分别与两个第一支臂(23)的一端连接,第一支臂(23)的另一端与第一升降座(21)铰接,所述第一升降座(21)上横向设置有固定臂(24),第二支臂(25)一端与第一升降座(21)铰接,另一端与固定臂(24)远离第一升降座(21)的一端铰接,且第一支臂(23)与第二支臂(25)的中部交叉铰接;所述第一升降装置(2)还包括第一推杆(26),第一推杆(26)一端与第一升降座(21)铰接,另一端与爬行器主体(1)铰接。
6.根据权利要求1所述的一种运维巡检清淤机器人,其特征在于:所述爬行器主体(1)上还安装有第二升降装置(4),第二升降装置(4)上安装激光雷达
7.根据权利要求6所述的一种运维巡检清淤机器人,其特征在于:所述第二升降装置(4)包括第二升降座(41)、第二舵机(42)、第三支臂(43)以及第四支臂(44),所述第二舵机(42)安装在爬行器主体(1)上,第二舵机(42)两侧的输出轴上分别与两个第三支臂(43)的一端连接,第三支臂(43)的另一端与第二升降座(41)铰接,第四支臂(44)一端与爬行器主体(1)铰接,另一端与第二升降座(41)铰接,第二推杆(45)一端与爬行器主体(1)铰接,另一端与第四支臂(44)铰接;激光雷达安装在第二升降座(41)上。
8.根据权利要求1所述的一种运维巡检清淤机器人,其特征在于:所述爬行器主体(1)采用轮式或者履带式行走结构。
9.根据权利要求1所述的一种运维巡检清淤机器人,其特征在于:两个所述螺旋桨叶(6)上的叶片倾斜方向相同或者相反。
10.一种运维巡检清淤的方法,用于管道内清淤,其特征在于:采用了权利要求1‑9任意一项所述的一种运维巡检清淤机器人,方法包括以下步骤:
S1. 将机器人放置到待清淤的管道内,机器人通过爬行器主体(1)在管道内移动;
S2.机器人的第一升降装置(2)启动,将云台相机(3)举升到高位,通过云台相机(3)对管道内壁进行全方位拍摄,获取管道内的图像信息,光源在管道检测过程中提供照明;同时启动声呐探头(7),通过声呐探头(7)获得管道底部淤泥沉积厚度信息;
其中,通过声呐探头(7)获得管道底部淤泥沉积厚度信息的方法为:
通过声呐探头(7)探知管道底部到声呐探头(7)之间的距离,再根据预先设置的管道参数和实际测得的距离值做比对,获得管道底部淤泥沉积厚度信息;
或者是采用管道变形率做对比,根据实际管径和声呐探头(7)测得管径,此时由于管道底部存在淤泥,则管道圆心到底部的距离要小于管道原始管径,进而通过管径差得到管道变形状态,而管道底部变形是由淤泥沉积造成,从而测得管道底部淤泥厚度;
S3.在检测完整段管道后,机器人回退或者将机器人掉头;
S4.爬行器主体(1)前端的桨叶驱动器(5)启动,驱动两个螺旋桨叶(6)旋转,两个螺旋桨叶(6)朝着相反的方向转动,通过螺旋桨叶(6)切削、刮除管道底部的淤泥,同时螺旋桨叶(6)带动管道内的对淤泥进行冲刷,最后散开的淤泥再借由管道内部的水流带出。

说明书全文

一种运维巡检清淤机器人及其清淤方法

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人技术领域,尤其涉及一种运维巡检机器人及其清淤方法。

背景技术

[0002] 随着排管道长时间的使用,管道底部容易堆积淤泥,造成管道过水量降低,然而现有的检测中,无法有效获取管道淤泥沉积信息,同时也无法在检测过程中对管道进行疏通。
[0003] 目前在排水管道检测和清淤工作中,已经出现了一些检测和清淤的设备,例如,中国专利文献CN111043448A,就公开了一种管道机器人,通过在轮式结构的机器人车体上安装声呐,从而能够在排水管道的淤泥上运行,并利用声呐检测管道的截面信息。但是,该机器人无法在检测过程中对管道进行清淤疏通。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是:提供了一种运维巡检清淤机器人及其清淤方法,用以解决现有技术中管道机器人无法在检测过程中对管道进行疏通的问题。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种运维巡检清淤机器人,包括爬行器主体,所述爬行器主体的前端安装有桨叶驱动器,桨叶驱动器的输出轴上安装有螺旋桨叶,爬行器主体的顶部安装有第一升降装置,第一升降装置上安装有台相机和光源,爬行器主体上在位于螺旋桨叶的一侧安装有声呐探头,声呐探头用于检测管道内淤泥沉积厚度;所述螺旋桨叶设置有两个,且两个所述螺旋桨叶的旋转方向相反。
[0006] 所述爬行器主体上还安装有气压传感器
[0007] 所述桨叶驱动器包括电机、第一伞齿轮、第二伞齿轮、第三伞齿轮以及输出管轴,电机的输出轴上固定安装有第一伞齿轮,输出管轴转动的安装在电机的输出轴上,输出管轴上固定安装有第三伞齿轮,桨叶驱动器的壳体上转动的安装有第二伞齿轮,第二伞齿轮位于第一伞齿轮和第三伞齿轮之间,第一伞齿轮与第二伞齿轮啮合,第二伞齿轮与第三伞齿轮啮合。
[0008] 所述爬行器主体上安装有声呐固定架, 声呐探头安装在声呐固定架上。
[0009] 所述第一升降装置包括第一升降座、第一机、第一支臂以及第二支臂,第一舵机安装在爬行器主体上,第一舵机两侧的输出轴上分别与两个第一支臂的一端连接,第一支臂的另一端与第一升降座铰接,所述第一升降座上横向设置有固定臂,第二支臂一端与第一升降座铰接,另一端与固定臂远离第一升降座的一端铰接,且第一支臂与第二支臂的中部交叉铰接;所述第一升降装置还包括第一推杆,第一推杆一端与第一升降座铰接,另一端与爬行器主体铰接。
[0010] 所述爬行器主体上还安装有第二升降装置,第二升降装置上安装激光雷达
[0011] 所述第二升降装置包括第二升降座、第二舵机、第三支臂以及第四支臂,所述第二舵机安装在爬行器主体上,第二舵机两侧的输出轴上分别与两个第三支臂的一端连接,第三支臂的另一端与第二升降座铰接,第四支臂一端与爬行器主体铰接,另一端与第二升降座铰接,第二推杆一端与爬行器主体铰接,另一端与第四支臂铰接;激光雷达安装在第二升降座上。
[0012] 所述爬行器主体采用轮式或者履带式行走结构。
[0013] 两个所述螺旋桨叶上的叶片倾斜方向相同或者相反。
[0014] 一种运维巡检清淤的方法,用于管道内清淤,采用了所述的一种运维巡检清淤机器人,方法包括以下步骤:S1. 将机器人放置到待清淤的管道内,机器人通过爬行器主体在管道内移动;
S2.机器人的第一升降装置启动,将云台相机举升到高位,通过云台相机对管道内壁进行全方位拍摄,获取管道内的图像信息,光源在管道检测过程中提供照明;同时启动声呐探头,通过声呐探头获得管道底部淤泥沉积厚度信息;
其中,通过声呐探头获得管道底部淤泥沉积厚度信息的方法为:
通过声呐探头探知管道底部到声呐探头之间的距离,再根据预先设置的管道参数和实际测得的距离值做比对,获得管道底部淤泥沉积厚度信息;
或者是采用管道变形率做对比,根据实际管径和声呐探头测得管径,此时由于管道底部存在淤泥,则管道圆心到底部的距离要小于管道原始管径,进而通过管径差得到管道变形状态,而管道底部变形是由淤泥沉积造成,从而测得管道底部淤泥厚度;
S3.在检测完整段管道后,机器人回退或者将机器人掉头;
S4.爬行器主体前端的桨叶驱动器启动,驱动两个螺旋桨叶旋转,两个螺旋桨叶朝着相反的方向转动,通过螺旋桨叶切削、刮除管道底部的淤泥,同时螺旋桨叶带动管道内的水对淤泥进行冲刷,最后散开的淤泥再借由管道内部的水流带出。
[0015] 本发明有如下有益效果:1、本发明可以使得机器人在满水管道中检测时,不仅仅获得管道内壁缺陷信息,同时可以通过前端设置的声呐探头获取管道内部的淤泥沉积信息,提升了管道检测数据的全面性,同时在机器人检测完成后能够通过螺旋桨叶对管道底部沉积的淤泥进行清理,做到检测的同时对管道进行清淤,提升了管道运维效率。
[0016] 2、本发明的螺旋桨叶设置有两个,且两个螺旋桨叶的旋转方向相反,起到三个作用,一是通过螺旋桨叶的旋转,切削、刮除黏在管道底部的淤泥,二是通过螺旋桨叶使管道内部的水快速流动,从而对淤泥进行搅拌冲刷,提高清淤效果,三是通过两个螺旋桨叶正反转来保持机器人的平稳作业,最后再借由管道内部的水流清理管道内部的淤泥,最终使淤泥排出。附图说明
[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:图1为本发明主视结构示意图。
[0018] 图2为本发明立体结构示意图。
[0019] 图3为本发明另一视的立体结构示意图。
[0020] 图4为本发明第一升降装置立体结构示意图。
[0021] 图5为本发明第一升降装置主视结构示意图。
[0022] 图6为本发明桨叶驱动器的传动示意图。
[0023] 图中,爬行器主体1,航插接口11, 声呐固定架12, 第一升降装置2,第一升降座21,光源211,第一舵机22,第一支臂23,固定臂24,第二支臂25,第一推杆26,云台相机3,第二升降装置4,第二升降座41,第二舵机42,第三支臂43,第四支臂44,第二推杆45,桨叶驱动器5,电机51,第一伞齿轮52,第二伞齿轮53,第三伞齿轮54,输出管轴55,螺旋桨叶6,声呐探头7,气压传感器8。

具体实施方式

[0024] 实施例一:为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例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作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。
[0025] 下面结合图1‑6所示进一步地描述本实施方式的一种运维巡检机器人。
[0026] 参见图1‑3, 一种运维巡检清淤机器人,包括爬行器主体1,爬行器主体1的前端安装有桨叶驱动器5,桨叶驱动器5的输出轴上安装有螺旋桨叶6,爬行器主体1的顶部安装有第一升降装置2,第一升降装置2上安装有云台相机3和光源,提供更好的视野,爬行器主体1上在位于螺旋桨叶6的一侧安装有声呐探头7,声呐探头7用于检测管道内淤泥沉积厚度;所述螺旋桨叶6设置有两个,且两个所述螺旋桨叶6的旋转方向相反。
[0027] 具体的,在一个实施例中,机器人在管道内行进过程中,通过云台相机3获取管道内壁的视频信息,光源211用于在管道检测过程中提供照明,光源211可以是和云台相机3一体的结构,参见图4,也可以是安装在第一升降装置2上,优选的,光源211采用LED灯。爬行器主体1的左前端安装有声呐探头7,用于在水下检测过程中环扫管道内壁,云台相机3可以进行360度旋转,对管道内壁进行全方位拍摄,同时声呐探头7可以探知管道底部到探头之间的距离,再根据预先设置的管道参数和实际测得的距离值做比对,获得管道底部淤泥沉积厚度信息,例如在管径为600mm的管道中进行检测时,声呐探头距管底理论距离应该为200mm,而此时测得探头与底部距离为150mm,则可判定管道底部淤泥厚度为50mm。
[0028] 在另一实施例中,采用的是管道变形率做对比,根据实际管径和声呐探头测得管径,此时由于管道底部存在淤泥,则管道圆心到底部的距离要小于管道原始管径,进而通过管径差得到管道变形状态,而管道底部变形基本都是由淤泥沉积造成,从而测得管道底部淤泥厚度。
[0029] 螺旋桨叶6设置有两个,且两个螺旋桨叶6的旋转方向相反,起到三个作用,一是通过螺旋桨叶6的旋转,切削、刮除黏在管道底部的淤泥,二是通过螺旋桨叶6使管道内部的水快速流动,从而对淤泥进行搅拌冲刷,提高清淤效果,三是通过两个螺旋桨叶6正反转来保持机器人的平稳作业,最后再借由管道内部的水流清理管道内部的淤泥,最终使淤泥排出。在清淤疏通时,由于螺旋桨叶就有一定的角度,在与淤泥、水作用时,还能提供机器人向前移动的动,而不需要机器人推进,节省电力。
[0030] 并且城镇排水管道中,如果出现破损,树根依据其向水性,容易在管道内生长,对管道检测造成阻碍,本发明的双螺旋桨结构同时具备的切割功能,可以在管道检测过程中对生长在管道内的树根进行切割,保障检测过程通畅,同时可以对管道进行疏通,提升管道水流通过率。
[0031] 此外,对于管道内部产生的一些垃圾杂物,如塑料袋等物品,本发明双螺旋桨切割设计,可以将塑料袋等垃圾撕扯、切碎,使得杂物不易缠绕在螺旋桨上。
[0032] 通过此设计,可以使得机器人在满水管道中检测时,不仅仅获得管道内壁缺陷信息,同时可以通过前端设置的声呐探头获取管道内部的淤泥沉积信息,提升了管道检测数据的全面性,同时在机器人检测完成后能够通过螺旋桨叶对管道底部沉积的淤泥进行清理,做到检测的同时对管道进行清淤,提升了管道运维效率。
[0033] 进一步的,参见图3,爬行器主体1上还安装有气压传感器8,当处于高水位状态的管道中进行检测时,通过气压传感器获得管道内水位深度。具体的,气压传感器8安装在爬行器主体1的后端。
[0034] 在优选的方案中,爬行器主体1的后端还设置有航插接口11,航插接口11用于与供电及传输数据线缆连接。这样机器人的行走供电,以及桨叶驱动器5、云台相机3、光源等用电设备与控制器连接,控制器提供电源和控制,并且图像和声呐数据通过线缆传输至外部的显示设备。声呐探头7和气压传感器8分别通过线缆连接至爬行器主体1上的航插接口11,进而将声呐数据和气压传感器数据通过爬行器尾部的航插链接的线缆上传至处理器中,用于排水系统内数据的更新及决策调度。
[0035] 当然,机器人除了采用外接线缆供电和传输数据,也可以采用自带电池以及无线控制和传输。例如采用类似无人机的控制原理。
[0036] 具体的,参见图2、3,爬行器主体1上安装有声呐固定架12, 声呐探头7安装在声呐固定架12上。通过声呐固定架12将声呐探头7固定在机器人右前方,与螺旋桨叶保持一定的距离,同时通过声呐固定架12与爬行器主体1连接,提升声呐探头7在检测过程中的稳定性
[0037] 具体的,参见图1‑5,第一升降装置2包括第一升降座21、第一舵机22、第一支臂23以及第二支臂25,第一舵机22安装在爬行器主体1上,第一舵机22两侧的输出轴上分别与两个第一支臂23的一端连接,第一支臂23的另一端与第一升降座21铰接,所述第一升降座21上横向设置有固定臂24,第二支臂25一端与第一升降座21铰接,另一端与固定臂24远离第一升降座21的一端铰接,且第一支臂23与第二支臂25的中部交叉铰接;所述第一升降装置2还包括第一推杆26,第一推杆26一端与第一升降座21铰接,另一端与爬行器主体1铰接。通过上述结构,实现云台相机3平稳上将,并且使云台相机3位置固定。第一推杆26采用液压油缸或者防水电动推杆,起到辅助第一舵机22的作用,并对第一升降装置2的升高位置进行限位,并能够在升高时保证云台相机3的稳定性。具体的,云台相机3和光源安装在第一升降座21上。
[0038] 进一步的,爬行器主体1上还安装有第二升降装置4,第二升降装置4上安装激光雷达。在云台相机3没有清晰视野时,通过激光雷达实现对障碍物的识别。
[0039] 具体的,参见图1,第二升降装置4包括第二升降座41、第二舵机42、第三支臂43以及第四支臂44,所述第二舵机42安装在爬行器主体1上,第二舵机42两侧的输出轴上分别与两个第三支臂43的一端连接,第三支臂43的另一端与第二升降座41铰接,第四支臂44一端与爬行器主体1铰接,另一端与第二升降座41铰接,第二推杆45一端与爬行器主体1铰接,另一端与第四支臂44铰接;激光雷达安装在第二升降座41上。通过上述结构,实现第二升降座41的升降,具体的,激光雷达安装在第二升降座41上。第二推杆45采用液压油缸或者防水电动推杆,起到辅助第二舵机42的作用,并对第二升降装置4的升高位置进行限位,并能够在升高时保证激光雷达的稳定性。
[0040] 第一升降装置2和第二升降装置4采用上述结构时,第一升降装置2位于第二升降装置4内,第二升降装置4升高时比第一升降装置2高,从而能够在爬行器主体1顶部狭窄的空间安装第一升降装置2和第二升降装置4。
[0041] 在优选的方案中,爬行器主体1采用轮式或者履带式行走结构。轮式或者履带式行走结构均为现有技术,此处不在赘述。另外由于本机器人是在水中工作,因此各个部件需要考虑到防水。
[0042] 优选的,两个所述螺旋桨叶6上的叶片倾斜方向相同或者相反,从而能够控制在清淤时,经螺旋桨叶6带动后的水流流向。当两个螺旋桨叶6上的叶片倾斜方向相同时,参见图2,两个螺旋桨叶6一正一反的转动,将水流从中间向两侧推动,当两个螺旋桨叶6上的叶片倾斜方向相反时,将水流从中间向前或向后推动,从而更好的对淤泥进行搅拌冲刷,提高清淤效果。
[0043] 参见图6,为桨叶驱动器5的传动示意图。桨叶驱动器5包括电机51、第一伞齿轮52、第二伞齿轮53、第三伞齿轮54以及输出管轴55,电机51的输出轴上固定安装有第一伞齿轮52,输出管轴55转动的安装在电机51的输出轴上,输出管轴55上固定安装有第三伞齿轮54,桨叶驱动器5的壳体上转动的安装有第二伞齿轮53,第二伞齿轮53位于第一伞齿轮52和第三伞齿轮54之间,第一伞齿轮52与第二伞齿轮53啮合,第二伞齿轮53与第三伞齿轮54啮合,两个螺旋桨叶6分别安装在输出管轴55和电机51的输出轴上。这样就通过一个电机51驱动两个螺旋桨叶6正反转。
[0044] 实施例二:一种运维巡检清淤的方法,用于管道内清淤,采用了所述的一种运维巡检清淤机器人,方法包括以下步骤:
S1. 将机器人放置到待清淤的管道内,机器人通过爬行器主体1在管道内移动。
[0045] S2.机器人的第一升降装置2启动,将云台相机3举升到高位,通过云台相机3对管道内壁进行全方位拍摄,获取管道内的图像信息,光源在管道检测过程中提供照明;同时启动声呐探头7,通过声呐探头7获得管道底部淤泥沉积厚度信息。
[0046] 其中,通过声呐探头7获得管道底部淤泥沉积厚度信息的方法为:通过声呐探头7探知管道底部到声呐探头7之间的距离,再根据预先设置的管道参数和实际测得的距离值做比对,获得管道底部淤泥沉积厚度信息;
或者是采用管道变形率做对比,根据实际管径和声呐探头7测得管径,此时由于管道底部存在淤泥,则管道圆心到底部的距离要小于管道原始管径,进而通过管径差得到管道变形状态,而管道底部变形是由淤泥沉积造成,从而测得管道底部淤泥厚度。
[0047] S3.在检测完整段管道后,机器人回退或者将机器人掉头。
[0048] S4.爬行器主体1前端的桨叶驱动器5启动,驱动两个螺旋桨叶6旋转,两个螺旋桨叶6朝着相反的方向转动,通过螺旋桨叶6的旋转、切削、刮除管道底部的淤泥,同时螺旋桨叶6带动管道内的水对淤泥进行冲刷,最后散开的淤泥再借由管道内部的水流带出。
[0049] 试验时,声呐检测到管道淤泥位为127mm,水位高为302mm,此时管道内淤泥堆积较高,开启螺旋桨进行清淤,在螺旋桨搅拌过后,管道此处淤泥位降低为96mm,水位高为316mm,可见在通过巡检机器人清淤过后的可以有效降低管道内淤泥厚度,同时由于通过清淤使得淤泥不再完全沉积在底部,管道通过排水过程可以有效将淤泥冲开,实现了在管道检测过程中同时进行清淤操作。
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