CN103008303A - 用于物联网管道自动配送系统的管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于物联网管道自动配送系统的管道机器人。本发明包括带有无线接收模块的手持控制端和管道机器人，所述管道机器人包括机器人壳体、6组由行走轮伸缩杆和行走轮组成的管道行走轮、2组由吸盘伸缩杆和洗盘组成的管道定位吸盘以及2组由依次相连接的伸缩臂、万象转轴、活动臂以及机械手的伸缩机械手。本发明过手持端来控制远程管道机器人的动作，完成管道的疏通工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于物联网管道自动配送系统的管道机器人。
背景技术
在物联网管道自动配送系统中，管道作为一种重要的传输媒介，其通畅性引起相关人员的注意。在由于某些原因管道被传输物阻塞，导致传输物不能进行正常的传输的情况下，就要对阻塞的管道进行疏通。由于管道的直径设置大小，决定了不能通过人工疏通的方式进行解决，这就需要设计一种在物联网配送系统中对管道进行清理的机器人。
目前已有的管道机器人的种类很多，有对管道进行清扫的机器人，有对管道进行探伤的机器人，这些机器人主要采用轮式或者履带式移动载体。由于轮式驱动具有结构简单，运行平稳等优点，用在物联网管道清理的机器人移动载体采用轮式驱动方式。
传统的采用轮式结构的管道机器人轮的布置分为平面和空间两种。轮子平面布置的管道机器人所有轮子与地面接触点在同一平面上，主要用于通风管道、天然气管道等。空间多轮结构的管道机器人通常是三组支承轮沿圆周方向，相互间隔120°分布。早期研究的管道机器人主要用于石油管道、天然气管道的探测，多采用空间多轮结构。轮子平面布置的轮式机器人结构简单、动作灵活，但由于其轮缘和管道壁面是线接触，所以刚性、稳定性较差。而空间多轮结构的轮式机器人轮子的轮平面与壁面垂直接触，为面接触，所以稳定性好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于物联网管道自动配送系统的管道机器人。
本发明采用如下技术方案：
本发明包括带有无线接收模块的手持控制端和管道机器人，所述管道机器人包括机器人壳体、6组由行走轮伸缩杆和行走轮组成的管道行走轮、2组由吸盘伸缩杆和洗盘组成的管道定位吸盘以及2组由依次相连接的伸缩臂、万象转轴、活动臂以及机械手的伸缩机械手；所述机器人壳体上对应行走轮伸缩杆、吸盘伸缩杆、伸缩臂设置有空穴，所述机器人壳体内部设置有驱动管道行走轮、管道定位吸盘、伸缩机械手的轮毂电机、PLC控制器、锂电池以及与手持控制端对应设置的无线发射模块。
所述机器人壳体上端设置有由摄像头、设置于摄像头两端的LED灯以及设置于摄像头下端的插入机器人壳体上端空穴的旋转伸缩轴组成的视频采集装置。
所述无线发射模块为5.8G无线影音发射模块，其型号为SKY-TX5823，所述无线接收模块为5.8G无线影音接收模块，其型号为SKY-TX5808。
所述PLC控制器的型号为STM8S20x。
所述轮毂电机的型号为KAHOMOTO。
本发明的积极效果如下：
本发明无线方式采用5.8G视频无线接入网络连接，5.8G一般采用的是基于IP或基于电路的无线传输技术。基于IP的技术信令协议简单，实现容易，开销低，频谱利用率高，业务种类多，接口简单统一，升级容易，为世界主流的宽带无线接入方案，特别适合于非连接的数据传输业务；基于电路的技术时延小，适合于进行传统的语音传送，5.8G无线传输系统通信距离的典型，根据视频图像，工作人员通过手柄控制下位机运行，值大约在10公里，在台式机显示屏上显示下位机传输来的视频图像，通过手持端来控制远程管道机器人的动作，完成管道的疏通工作。
附图说明
附图1为本发明的工作状态结构示意图。
附图2为本发明的回收状态结构示意图。
具体实施方式
如附图1-2所示，本发明包括带有无线接收模块的手持控制端和管道机器人，所述管道机器人包括机器人壳体1、6组由行走轮伸缩杆2和行走轮3组成的管道行走轮、2组由吸盘伸缩杆7和洗盘8组成的管道定位吸盘以及2组由依次相连接的伸缩臂9、万象转轴10、活动臂11以及机械手12的伸缩机械手；所述机器人壳体1上对应行走轮伸缩杆2、吸盘伸缩杆7、伸缩臂9设置有空穴，所述机器人壳体1内部设置有驱动管道行走轮、管道定位吸盘、伸缩机械手的轮毂电机、PLC控制器、锂电池以及与手持控制端对应设置的无线发射模块。所述机器人壳体1上端设置有由摄像头6、设置于摄像头6两端的LED灯5以及设置于摄像头6下端的插入机器人壳体1上端空穴的旋转伸缩轴4组成的视频采集装置。
管道清理机器人分为控制室的上位机控制系统和管道中的的下位机控制系统，通常上位机控制系统和下位机控制系统可采用有线和无线两种方式连接，有线方式的电缆对机器人的行动有所影响，不利于机器人的前进和后退，故本发明采用无线方式连接上位机和下位机系统。无线方式采用5.8G视频无线接入网络连接，5.8G一般采用的是基于IP或基于电路的无线传输技术。基于IP的技术信令协议简单，实现容易，开销低，频谱利用率高，业务种类多，接口简单统一，升级容易，为世界主流的宽带无线接入方案，特别适合于非连接的数据传输业务；基于电路的技术时延小，适合于进行传统的语音传送，5.8G无线传输系统通信距离的典型值大约在10公里。
管道清理机器人的控制室的上位机控制系统可采取两种方案，第一种方案是采用可触摸屏的控制界面，此控制界面可接收下位机传输的视频图像，并且有对下位机的控制键，控制下位机的运行。这种控制界面可应用在台式机上或者手持的电子设备上。第二种方案是采用手柄控制下位机的运行，在台式机显示屏上显示下位机传输来的视频图像，根据视频图像，工作人员通过手柄控制下位机运行。
本发明的机械结构如下：
管道清理机器人下位机控制系统包括机器人壳体和机器人核心控制部件。
管道清理机器人壳体是球形，球形直径小于管道直径，上面设有6个行走轮的空穴，2个机械手的空穴，2个吸盘的空穴，1个可供摄像头和LED探视的空穴，且此空穴外部设有透明材料，保证摄像头既能探测外部情况，又不会令摄像头与外部接触，保护其正常运行。
管道清理机器人核心控制部件包括设置在壳体中心部分的PLC控制器和为整个核心控制部件提供电力，轻便易携带的锂电池，为了解决清理机器人因无电问题而不能工作的情况，在核心控制部件内部设置监测电池电量的模块，并且在上位机控制系统中有所显示；核心控制部件包括设置在前部的云台，摄像头和LED，摄像头安装在云台上，LED安装在摄像头四周，为摄像头提供照明，LED最好对称双数安置，每个或每两个LED由PLC控制器的一个I/O口控制，摄像头可180°旋转，且为可变焦摄像头；核心控制部件包括设置在前部的3个行走轮和后部3个行走轮，前部的3个行走轮与后部的3个行走轮平行设置，前部的3个行走轮其中一个行走轮设置于摄像头的上部，另外两个设置于摄像头两侧，3个行走轮沿圆周方向，相互间隔120°分布，后部的3个行走轮也沿圆周方向，相互间隔120°分布，不同的是，前部的3个行走轮其中一个设置于摄像头上部的行走轮属于是轮毂电机，推动整个管道清理机器人的下位机系统前进，后退，另外两个用曲杆连接，构成转向机构，电机控制其运动，控制系统核心设置倾角传感器，PLC控制器接收倾角传感器的信号，使用PID算法控制电机，电机控制转向机构的微小转向保持管道清理机器人的平衡运行，后部的3个行走轮则是普通的万向轮，6个行走轮使管道清理机器人支撑在管道中平稳行进；核心控制部件包括设置在前部的可伸缩机械手，电机X，电机Y，电机Z控制机械手在空间移动，对管道内的阻塞物进行清理；核心控制部件包括设置在两侧的带可伸缩支杆的吸盘，电机控制可伸缩支杆的伸缩，电磁阀的开关控制吸盘的吸放。
本发明的工作过程如下：
管道清理机器人下位机控制系统（以下简称下位机）初始状态是一个球形，所有可伸缩的行走轮，可伸缩机械手，带可伸缩支杆的吸盘均折叠在壳体内。物联网配送系统中的管道是倾斜设置。当管道出现阻塞物时，下位机进入管道清理阻塞物，下位机从管道的下部，即是传输物传输的反方向进入管道，管道清理机器人上位机控制系统（以下简称上位机）给出伸出6个行走轮的命令，下位机通过无线方式接收命令，伸出行走轮，上位机给出前进命令轮毂电机向前运动，同时其他5个行走轮在他的带动下向前运动，在运动的同时，上位机可下达LED调节的命令，供摄像头照明，同时在前进的过程中，倾角传感器传输信号给PLC控制器，PLC控制器控制电机，调整转向机构，保持整个下位机的平衡。当到达预定目标是，上位机下达停止的命令，下位机静止不动，上位机下达伸出吸盘的命令，吸盘的伸缩杆伸出，PLC控制器控制电磁阀的开，吸盘吸住管道壁，防止清理工作完成后传输物对下位机的挤压，而使下位机遭到破坏，上位机下达伸出机械手的命令，开始进行对传输物的清理，在工作过程中，上位机通过控制机械手在空间的运动，完成对管道的清理工作。当清理工作完成后，上位机快速下达收回机械手，收回行走轮的命令，此时下位机收回机械手，收回6个行走轮，当这两个命令完成后，上位机快速下达收回吸盘命令，电磁阀关闭，吸盘松开，伸缩臂收回壳体内，此时下位机回到初始状态，由于管道是倾斜设置，下位机可在重力作用下沿管道运动，回到管道清理机器人的回收处。
Claims (5)
1.一种用于物联网管道自动配送系统的管道机器人，其特征在于其包括带有无线接收模块的手持控制端和管道机器人，所述管道机器人包括机器人壳体（1）、6组由行走轮伸缩杆（2）和行走轮（3）组成的管道行走轮、2组由吸盘伸缩杆（7）和洗盘（8）组成的管道定位吸盘以及2组由依次相连接的伸缩臂（9）、万象转轴（10）、活动臂（11）以及机械手（12）的伸缩机械手；所述机器人壳体（1）上对应行走轮伸缩杆（2）、吸盘伸缩杆（7）、伸缩臂（9）设置有空穴，所述机器人壳体（1）内部设置有驱动管道行走轮、管道定位吸盘、伸缩机械手的轮毂电机、PLC控制器、锂电池以及与手持控制端对应设置的无线发射模块。
2.根据权利要求1所述的用于物联网管道自动配送系统的管道机器人，其特征在于所述机器人壳体（1）上端设置有由摄像头（6）、设置于摄像头（6）两端的LED灯（5）以及设置于摄像头（6）下端的插入机器人壳体（1）上端空穴的旋转伸缩轴（4）组成的视频采集装置。
3.根据权利要求1或2所述的用于物联网管道自动配送系统的管道机器人，其特征在于所述无线发射模块为5.8G无线影音发射模块，其型号为SKY-TX5823，所述无线接收模块为5.8G无线影音接收模块，其型号为SKY-TX5808。
4.根据权利要求1或2所述的用于物联网管道自动配送系统的管道机器人，其特征在于所述PLC控制器的型号为STM8S20x。
5.根据权利要求1或2所述的用于物联网管道自动配送系统的管道机器人，其特征在于轮毂电机的型号为KAHOMOTO。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Shumei Inventor after: Lu Ying Inventor before: Lu Ying |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160331 Address after: 050000 Shijiazhuang University, 288, Mount Everest Avenue, Shijiazhuang hi tech Development Zone, Hebei Applicant after: Shijiazhuang College Address before: 510075 Guangdong city of Guangzhou province Tianhe District Guangzhou Avenue North 193 new City Plaza Room 2608 Applicant before: Lu Ying |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160511 Termination date: 20161212 |