CN109047202A - 一种电缆预埋管线巡检清障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆预埋管线巡检清障机器人，包括电缆预埋管线行走装置、云台、夹持机械手和中央处理器；电缆预埋管线行走装置包括行走驱动电机和沿主轴周向均匀排布的多个行走轮组件，行走轮组件包括轮腿和支撑臂，支撑臂两端与轮腿铰接和主轴铰接；驱动电机驱动轮腿；变径机构包括变径驱动电机、变径连杆和丝杠传动机构，变径连杆两端与滑块和支撑臂铰接，变径驱动电机通过丝杠传动机构推动和变径连杆推动支撑臂的倾斜度改变扩张机构包括夹持块和夹持块驱动电机；中央处理器控制行走驱动电机、变径驱动电机和夹持块驱动电机，使得机器人行走至管道障碍物处，夹持机械手将障碍物夹起，清理管道中的障碍物。

Description

一种电缆预埋管线巡检清障机器人

技术领域

本发明涉及管道机器人技术领域，尤其涉及一种电缆预埋管线巡检清障机器人。

背景技术

地下电缆、通信光缆是电力系统的重要组成部分，是保证供电可靠性的基础。现在越来越多的城市采用地下电缆输配电方式取代架空输电线路，电缆管道作为地下电缆铺设的必需品，使用量快速增多。

电缆管道在使用过程中，会产生各种各样的管道堵塞，导致电缆无法穿过。如果不及时对电缆管道中的障碍物进行清理，就有可能产生事故，影响施工进度，造成不必要的损失。而电缆管道所处的环境往往是不易直接到达或不允许人员直接进入的，检测和清理难度很大。

因此，目前通常采用管道机器人对电缆管道进行清理。然而，光缆管道管径一般为150-200毫米范围，规格多样，且管道变形，堵塞都会对管径有影响，现有的管道机器人行走装置远远不能够满足如此复杂的管径需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种管道机器人行走装置，具有变径能力，能够清理不同管径的管道中的障碍物。

本发明采用的技术方案为：

一种电缆预埋管线巡检清障机器人包括管道行走装置、云台、夹持机械手和中央处理器；所述的夹持机械手通过云台与管道行走装置相连接；

所述的管道行走装置包括主轴、行走机构和变径机构；

所述的行走机构包括行走驱动电机和沿主轴周向均匀排布的多个行走轮组件，所述的行走轮组件包括轮腿、第一传动机构和支撑臂组；所述的支撑臂组包括支撑臂和支撑臂固定块，所述的支撑臂固定块设置于主轴上，所述的支撑臂一端与轮腿铰接，另一端与支撑臂固定块铰接；所述的驱动电机通过第一传动机构驱动轮腿行走；

所述的变径机构包括变径驱动电机和与行走轮组件一一对应的变径组件，所述的变径组件包括带动支撑臂转动的变径连杆、变径变径丝杠传动机构和第三传动机构，所述的变径变径丝杠传动机构包括变径丝杠和变径滑块，所述的变径驱动电机的输出轴通过第三传动机构连接变径丝杠的动力输入端，所述变径连杆一端与变径滑块铰接，所述变径连杆另一端与对应的轮组件中的支撑臂铰接；

所述的夹持机械手包括一组夹持块、用于驱动夹持块移动的夹持块驱动机构以及夹持块传动机构；所述的夹持块传动机构包括相互啮合的主动扇齿轮、从动扇齿轮和主动夹持块连杆和从动夹持块连杆，所述主动夹持块连杆一端与一个夹持块铰接，主动夹持块连杆另一端与主动扇齿轮铰接，所述从动夹持块连杆一端与另一个夹持块铰接，从动夹持块连杆另一端与从动扇齿轮铰接；所述的夹持块驱动机构包括夹持块驱动电机和主动扇齿轮传动机构，所述的夹持块驱动电机通过主动扇齿轮传动机构驱动主动扇齿轮转动；

所述的中央处理器的第一输出端连接行走驱动电机，中央处理器的第二输出端连接变径驱动电机，中央处理器的第三输出端连接夹持块驱动电机。

所述的电缆预埋管线巡检清障机器人还包括巡检机构，所述的巡检机构包括摄像头和图像采集卡；所述的摄像头54固定设置于云台上，摄像头与图像采集卡电连接，所述图像采集卡的输出端连接中央处理器的第一输入端。

所述的轮腿包括主动轮、从动轮、第二传动机构和安装槽，所述主动轮和传动轮转动安装于安装槽中；所述行走驱动电机的输出轴通过第一传动机构驱动主动轮转动，主动轮通过第二传动机构带动从动轮转动。

所述的变径连杆包括滑套、套设在滑套中的滑竿和预紧弹簧；所述滑套的变径滑块连接端与变径滑块铰接，滑套的套入端设置有弹簧限位板，滑竿的臂连接端设置有臂连接头，所述的臂连接头与所述变径组件中支撑臂铰接；预紧弹簧套设在滑竿上，且预紧弹簧位于弹簧限位板和臂连接头之间。

所述的第一传动机构包括皮带、与主动轮转轴平行的第一转轴、套设于第一转轴上的第一斜齿轮、套设于第一转轴上的第一齿轮、与主动轮转轴平行的第二转轴和套设与第二转轴上的第二齿轮，所述的第二齿轮和第一齿轮啮合；所述行走驱动电机的输出轴上套设有第二斜齿轮；行走驱动电机通过第二斜齿轮和第一斜齿轮的配合驱动第一转轴转动，第一转动通过第二齿轮和第一齿轮的配合驱动第二转轴转动，第二转轴通过皮带驱动主动轮转轴转动。

所述的变径组件中的第三传动机构包括变径丝杠齿轮和变径丝杠传动齿轮组，所述的变径丝杠齿轮套设于所述变径组件中变径丝杠的动力输入端；所述的变径驱动电机的输出轴上套设有第三齿轮，变径驱动电机通过第三齿轮、变径丝杠传动齿轮组和变径丝杠齿轮的配合驱动变径丝杠旋转。

所述的变径机构还包括滑动环，所述的滑动环套设于主轴上，所述的变径组件中的变径滑块均固定设置于滑动环上。

所述的行走轮组件还包括一个或多个稳定臂组，所述的稳定臂组包括与支撑臂平行设置的稳定臂和稳定臂固定块，所述的稳定臂固定块设置于主轴上，所述的稳定臂一端与轮腿铰接，另一端与稳定臂固定块铰接。

所述的主动扇齿轮传动机构包括固定设置于主动扇齿轮上的扇齿轮拨动柱、主动扇连杆和传动转盘、固定设置于传动转盘上的转盘连接柱；所述的传动转盘的中心与夹持块驱动电机固定连接，所述主动扇连杆一端与扇齿轮拨动柱转动连接，主动扇连杆的另一端与转盘连接柱转动连接。

所述的云台包括用于装配外部器件的安装板和交错轴组件；所述的交错轴组件包括俯仰转轴、水平转轴和交错轴连接件，所述的水平转轴垂直于俯仰转轴； 所述的安装板沿俯仰转轴上下旋转，所述的安装板沿水平转轴在竖直平面内旋转；

所述的云台还包括用于驱动俯仰转轴旋转的俯仰驱动组件和用于驱动水平转轴旋转的水平驱动组件；所述的俯仰驱动组件包括俯仰电机和蜗轮蜗杆传动机构，所述的俯仰电机沿上下方向设置，且俯仰电机输出轴垂直于俯仰转轴，俯仰电机输出轴通过蜗轮蜗杆传动机构驱动俯仰转轴转动；所述的水平驱动组件包括水平偏置电机和偏置齿轮组；所述的偏置齿轮组包括啮合的偏置齿轮和中心齿轮，所述的偏置齿轮正对水平偏置电机输出轴，所述的中心齿轮正对水平转轴，所述的水平偏置电机输出轴通过偏置齿轮组驱动水平转轴转动；所述的水平转轴与管道行走装置固定连接；

所述的云台还包括角度调节机构，所述的角度调节机构包括角度采集单元、水平编码器和俯仰编码器，所述的角度采集单元包括陀螺仪传感器和传感器安装杆，所述的传感器安装杆的一端安装陀螺仪传感器，传感器安装杆的另一端与安装板固定连接，所述的水平编码器连接水平偏置电机的转轴，所述的俯仰编码器连接俯仰电机的转轴；

所述的陀螺仪传感器的信号输出端连接中央处理器的第二信号输入端，所述的水平编码器的信号输出端连接中央处理器的第三信号输入端，所述的俯仰编码器的信号输出端连接中央处理器的第四信号输入端；所述中央处理器的第四信号输出端连接水平偏置电机的控制输入端，所述的所述中央处理器的第五信号输出端连接俯仰电机的控制输入端。

本发明通过设置具有变径能力的管道行走装置，在管道行走装置上和夹持机械手，从而清理不同管径管道中的障碍物；管道行走装置中设置主轴，便于轮腿沿圆周安装，轮腿沿管道径向与管道紧贴，十分适用于沿管道行走；通过设置与轮腿和主轴分别铰接的支撑臂以及推动支撑臂倾斜角度改变的变径机构，实现轮腿在一定范围内的外扩和内收，使得所述管道机器人行走装置适用于不同管径的管道，大大提升了所述管道机器人行走装置的适用范围；

进一步，设置有巡检模块，巡检模块中的摄像头摄取的图像与中央处理器中预存的图像做对比，判断管道中是否存在障碍物，实现预埋管线巡检，便于及时发现电缆预埋管线中的障碍物和管道变形等问题，从而更加及时的修复、清理管道，保证电缆正常。巡检模块与夹持机械手配合，能够更准确的清理电缆预埋管线中的障碍物。

进一步的，通过将变径机构中与支撑臂连接的变径连接设置为带有预紧弹簧的伸缩杆，使得所述管道机器人行走装置根据管道情况在一定范围内自适应控制轮腿外扩或者内缩，进一步的提升了管道机器人在存在障碍、变形的管道中的行走能力；预紧弹簧具有减震功能，提升了管道机器人行走装置行走时的稳定性；预紧弹簧的推力使得轮腿和管壁之间和压力和摩擦力增大，提升了管道机器人行走装置的攀爬能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为所述管道行走装置结构示意图；

图3为所述第一传动结构示意图；

图4为所述第三传动结构示意图；

图5为所述变径连杆结构示意图；

图6为所述夹持机械手结构示意图；

图7为所述夹持块传动机构结构示意；

图8为所述云台结构示意图；

图9为所述云台交错轴组件结构示意图；

图10为本发明电路原理图；

图11为所述云台的封装示意图。

1、主轴；2、轮腿；2-1、主动轮；2-2、从动轮；2-3、安装槽；3、支撑臂；4、支撑臂固定块；5、行走驱动电机；6、变径驱动电机；7、变径连杆；7-1、滑套；7-2、滑竿；7-3、预紧弹簧；7-4、弹簧限位板；7-5、臂连接头；7-6、滑竿限位块；8、变径丝杠；9、变径滑块；10、皮带；11、第一转轴；12、第一斜齿轮；13、第一齿轮；14、第二转轴；15、第二齿轮；16、第二斜齿轮；17、变径丝杠齿轮；18、第三齿轮；19、变径丝杠传动齿轮组；20、滑动环；

21、安装板；22、俯仰转轴；23、水平转轴；24、俯仰电机；25、水平偏置电机；26、水平减速器；27、陀螺仪传感器；28、传感器安装杆；29、水平编码器；30、俯仰编码器；31、蜗杆；32、蜗轮；33、转动环；34、减速齿轮箱；35、减速空心轴；36、云台封装壳；37、偏置齿轮；38、中心齿轮；39、偏置壳体；40、夹持块；41、主动扇齿轮；42、从动扇齿轮；43、主动夹持块连杆；44、从动夹持块连杆；45、扇齿轮拨动柱； 46、主动扇连杆； 47、传动转盘； 48、机械手壳体；49、拨动柱限位孔； 50、夹持块加强连杆。

51、装配卡槽；52、稳定臂；53、稳定臂固定块；54、摄像头。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括管道行走装置、云台、夹持机械手和中央处理器；所述的夹持机械手通过云台与管道行走装置相连接；云台可调节夹持机械手的夹持方向。

如图2、图3和图4所示，所述的管道行走装置包括主轴1、行走机构和变径机构；

所述的行走机构包括行走驱动电机5和沿主轴1周向均匀排布的三组行走轮组件，所述的行走轮组件包括轮腿2、第一传动机构和支撑臂3组；所述的支撑臂3组包括支撑臂3和支撑臂固定块4，所述的支撑臂固定块4设置于主轴1上，所述的支撑臂3一端与轮腿2铰接，另一端与支撑臂固定块4铰接；所述的驱动电机通过第一传动机构驱动轮腿2行走；

所述的变径机构包括变径驱动电机6和与行走轮组件一一对应的变径组件，所述的变径组件包括带动支撑臂3转动的变径连杆7、变径变径丝杠8传动机构和第三传动机构，所述的变径变径丝杠8传动机构包括变径丝杠8和变径滑块9，所述的变径驱动电机6的输出轴通过第三传动机构连接变径丝杠8的动力输入端，所述变径连杆7一端与变径滑块9铰接，所述变径连杆7另一端与对应的轮组件中的支撑臂3铰接。

如图6和图7所示，所述的夹持机械手包括一组夹持块40、用于驱动夹持块40移动的夹持块40驱动机构以及夹持块40传动机构；所述的夹持块40传动机构包括相互啮合的主动扇齿轮41、从动扇齿轮42和主动夹持块连杆43和从动夹持块连杆44，所述主动夹持块连杆43一端与一个夹持块40铰接，主动夹持块连杆43另一端与主动扇齿轮41铰接，所述从动夹持块连杆44一端与另一个夹持块40铰接，从动夹持块连杆44另一端与从动扇齿轮42铰接；所述的夹持块40驱动机构包括夹持块40驱动电机和主动扇齿轮41传动机构，所述的夹持块40驱动电机通过主动扇齿轮41传动机构驱动主动扇齿轮41转动。所述的夹持块40的夹持面上设置有防滑纹或防护垫，防止夹持的障碍物在运输过程中滑落。夹持块40驱动电机图中未示出。

所述的主动扇齿轮41传动机构包括固定设置于主动扇齿轮41上的扇齿轮拨动柱45、主动扇连杆46和传动转盘47、固定设置于传动转盘47上的转盘连接柱；所述的传动转盘47的中心与夹持块40驱动电机固定连接，所述主动扇连杆46一端与扇齿轮拨动柱45转动连接，主动扇连杆46的另一端与转盘连接柱转动连接。

所述的电缆预埋管线巡检清障机器人还包括巡检机构，所述的巡检机构包括摄像头54和图像采集卡。所述的摄像头54固定设置于云台上。

摄像头54与图像采集卡电连接，所述图像采集卡的输出端连接中央处理器的第一输入端，所述的中央处理器的第一输出端连接行走驱动电机5，中央处理器的第二输出端连接变径驱动电机6，中央处理器的第三输出端连接夹持块40驱动电机。

行走驱动电机5、变径驱动电机6和夹持块40驱动电机均采用伺服电机。

本发明的工作过程如下：中央处理器控制行走驱动电机5、变径驱动电机6和夹持块40驱动电机。

当确定电缆预埋管线的管径后，中央处理器控制变径驱动电机6，变径驱动电机6输出轴通过第三传动机构驱动变径变径丝杠8传动机构中的变径丝杠8旋转，变径丝杠8传动机构中的变径丝杠8中的变径滑块9沿直线行走，变径滑块9通过变径连杆7推动支撑臂3与主轴1的夹角变化，从而使得轮腿2和主轴1轴线之间的距离发生变化，实现管道机器人行走装置无级变径，使得所述的管道机器人行走装置能够在不同管径的管道中行走。

摄像头54实时采集电缆预埋管线中的图像，并通过图像采集卡将图像传输至中央处理器中，中央处理器中预存有正常管道图像，中央处理器将管道的实时图像进行分别、处理，与正常管道图像做对比，当实时图像与正常图像一致时，则说明管道中不存在障碍物；当实时图像与正常图像不一致时，则说明管道中存在障碍物。

当机器人接近电缆预埋管线中的障碍物时，中央处理器控制行走驱动电机5停止，机器人停止行走，中央处理器控制夹持块40驱动电机的转动，带动传动转盘47旋转，传动转盘47通过主动扇连杆46带动主动扇齿轮41转动，与主动扇齿轮41啮合的从动扇齿轮42与主动扇齿轮41同步转动，带动两个夹持块40打开或者闭合，从而将障碍物夹起。

根据障碍物的位置，通过云台调节机械手的夹持方向，保证机械手将障碍物夹起。

本发明通过设置主轴1，便于将多个轮腿2沿圆周排布并固定，从而使得多个轮腿2均沿管壁行走。

优选的，所述的行走轮组件为三组，保证所述的管道机器人行走装置在管道中平稳行走。

优选的，所述的主轴1为空心轴，所述的行走驱动电机5和变径驱动电机6分别设置于主轴1内部，大大提升了行走驱动电机5和变径驱动电机6安装的便利性，以及节省了空间，使得整个管道机器人行走装置结构十分紧凑，更适用于管道这种狭窄的空间。所述的行走驱动电机5和变径驱动电机6分别位于主轴1的两个端部，与行走驱动电机5和变径驱动电机6对应的第一传动机构和第三传动机构分别设置于主轴1的两端，实现了空间的合理布局，第一传动机构和第三传动机构各自运行、互不干扰。

优选的，行走轮组件中的支撑臂3组的数目为两组，分别从轮腿2的两个支撑轮腿2，提升轮腿2与主轴1的连接强度，提升轮腿2行走时的稳定性。

所述的轮腿2包括主动轮2-1、从动轮2-2、第二传动机构和安装槽2-3，所述主动轮2-1和传动轮转动安装于安装槽2-3中；所述行走驱动电机5的输出轴通过第一传动机构驱动主动轮2-1转动，主动轮2-1通过第二传动机构带动从动轮2-2转动。本实施例中，所述的从动轮2-2设置有多个，从而增强所述的管道机器人行走装置的稳定性。

优选的，所述的夹持机械手还包括机械手壳体48，所述的机械手壳体48用于封装主动扇齿轮41、从动扇齿轮42和夹持块40驱动电机，所述的壳体上设置有拨动柱限位孔49，所述的波动柱限位孔沿扇齿轮拨动柱45的运动轨迹设置，限定扇齿轮拨动柱45的运动范围，从而限定两个夹持块40的开合范围。

优选的，所述的夹持机械手还包括两个夹持块加强连杆50，所述的一个夹持块加强连杆50与主动夹持块连杆43平行设置，且两端分别与主动扇齿轮41和机械手壳体48铰接；另一个夹持块加强连杆50与从动夹持块连杆44平行设置，且两端分别与从动扇齿轮42和机械手壳体48铰接，增强了夹持块40的连接强度，从而增强了夹持机械手的承重。

如图5所示，所述的变径连杆7包括滑套7-1、套设在滑套7-1中的滑竿7-2和预紧弹簧7-3；所述滑套7-1的变径滑块9连接端与变径滑块9铰接，滑套7-1的套入端设置有弹簧限位板7-4，滑竿7-2插入端设置有防止滑竿7-1滑出的滑竿限位块7-6，滑竿7-2的臂连接端设置有臂连接头7-5，所述的臂连接头7-5与所述变径组件中支撑臂3铰接；预紧弹簧7-3套设在滑竿7-2上，且预紧弹簧7-3位于弹簧限位板7-4和臂连接头7-5之间。

管道的直径测量存在误差，且管道中经常存在障碍物和变形的部位，这就导致预先调节的管道机器人行走装置并不能严密的契合管道，轮腿2不能够全部贴合管壁。

因此，在变径连杆7中设置预紧弹簧7-3，所述的预紧弹簧7-3被弹簧限位板7-4和臂连接头7-5压缩，从而给予轮腿2一定的推力，推动轮腿2紧紧贴合管壁。当管道中存在障碍物或者管道向内凹陷使，轮腿2压缩滑竿7-2向主轴1方向缩进滑套7-1中，当管道向外鼓出或者管径偏大时，被压缩的弹簧伸长，弹簧的动端推动滑竿7-2向轮腿2方向伸出，从而推动轮腿2向外扩张，从而实现了轮腿2与主轴1之间距离的自适应式调节，大大增强了管道机器人行走装置在管道中的行走能力和行走时的稳定性，便于管道机器人行走装置在管道中顺利越过简单障碍以及通过变形的管道，大大提升了轮腿2和管壁之间的摩擦力，从而提升了管道机器人的攀爬能力。

如图3所示，所述的第一传动机构包括皮带10、与主动轮2-1转轴平行的第一转轴11、套设于第一转轴11上的第一斜齿轮12、套设于第一转轴11上的第一齿轮13、与主动轮2-1转轴平行的第二转轴14和套设与第二转轴14上的第二齿轮15，所述的第二齿轮15和第一齿轮13啮合；所述行走驱动电机5的输出轴上套设有第二斜齿轮16；行走驱动电机5通过第二斜齿轮16和第一斜齿轮12的配合驱动第一转轴11转动，第二斜齿轮16和第一斜齿轮12的实现了交错的行走驱动电机5和第一转轴11之间的传动；第一转动通过第二齿轮15和第一齿轮13的配合驱动第二转轴14转动，第二转轴14通过皮带10驱动主动轮2-1转轴转动。

行走驱动电机5上的一个第二斜齿轮16与三组行走轮组件中的三个第一斜齿轮12啮合，减少了零件数量，且严格保证同步驱动三个轮腿2中的主动轮2-1，以及保证三组行走轮组件中的各个零件均沿圆周排布，保证管道机器人质量分布均匀。

如图3所示所述的变径组件中的第三传动机构包括变径丝杠齿轮17和变径丝杠传动齿轮组19，所述的变径丝杠齿轮17套设于所述变径组件中变径丝杠8的动力输入端；所述的变径驱动电机6的输出轴上套设有第三齿轮18，变径驱动电机6通过第三齿轮18、变径丝杠传动齿轮组19和变径丝杠齿轮17的配合驱动变径丝杠8旋转。

所述的管道机器人行走装置，所述的支撑臂3与所述皮带10构成平行四边形结构，当通过变径机构调节轮腿2外扩或者内收时，支撑臂3与主轴1轴线方向之间的夹角和皮带10与主轴1轴线方向之间的夹角同步改变，支撑臂3和皮带10同步倾斜，实现了轮腿2外扩或内收的快速调节。

所述的变径机构还包括滑动环20，所述的滑动环20套设于主轴1上，所述的变径组件中的变径滑块9均固定设置于滑动环20上。本实施例中，滑动环20和变径滑块9一体化设置。

所述滑动环20的设置，使得变径丝杠8扭矩相互抵消，大大减小了变径丝杠8扭矩。

所述的行走轮组件还包括一个或多个稳定臂52组，所述的稳定臂52组包括与支撑臂3平行设置的稳定臂52和稳定臂固定块53，所述的稳定臂固定块53设置于主轴1上，所述的稳定臂52一端与轮腿2铰接，另一端与稳定臂固定块53铰接。行走轮组件中任意一个稳定臂52与支撑臂3构成平行四边形结构，便于轮腿2的外扩或者内收。稳定臂52的设置使得轮腿2与主轴1之间的连接关系更加牢固，且轮腿2行走时更加平稳。

所述行走轮组件中的变径丝杠8支撑臂固定块4或至少一个稳定臂固定块53转动连接。变径丝杠8从支撑臂固定块4或者稳定臂固定块53中穿过且与之转动连接，限定了变径丝杠8的转动轨迹不易发生偏移，保证变径滑块9沿主轴1轴线方向运动。

本发明通过设置主轴1，便于轮腿2沿圆周安装，轮腿2沿管道径向与管道紧贴，十分适用于沿管道行走；通过设置与轮腿2和主轴1分别铰接的支撑臂3以及推动支撑臂3倾斜角度改变的变径机构，实现轮腿2在一定范围内的外扩和内收，使得所述管道机器人行走装置适用于不同管径的管道，大大提升了所述管道机器人行走装置的适用范围。

进一步的，通过将变径机构中与支撑臂3连接的变径连接设置为带有预紧弹簧7-3的伸缩杆，使得所述管道机器人行走装置根据管道情况在一定范围内自适应控制轮腿2外扩或者内缩，进一步的提升了管道机器人在存在障碍、变形的管道中的行走能力；预紧弹簧7-3具有减震功能，提升了管道机器人行走装置行走时的稳定性；预紧弹簧7-3的推力使得轮腿2和管壁之间和压力和摩擦力增大，提升了管道机器人行走装置的攀爬能力。

如图8、图9和图11所示，本发明包括用于装配夹持机械手的安装板21和交错轴组件；所述的交错轴组件包括俯仰转轴22、水平转轴23和交错轴连接件，所述的水平转轴23垂直于俯仰转轴22，俯仰转轴22通过交错轴连接件与水平转轴23转动连接；所述的安装板21为U形安装板21，U形安装板21上安装夹持机械手；夹持机械手上设置与U形安装板21匹配的装配卡槽51，装配卡槽51卡接于U形安装板21上，并通过螺栓固定。所述的俯仰转轴22的两端与安装板21的两侧壁固定连接；

还包括用于驱动俯仰转轴22上下旋转的俯仰驱动组件和用于驱动水平转走在水平面旋转的水平驱动组件；所述的俯仰驱动组件包括俯仰电机24和蜗轮32蜗杆31传动机构，所述的俯仰电机24沿上下方向设置，且俯仰电机24输出轴垂直于俯仰转轴22，使得云台的结构更为紧凑，云台的宽度能够满足管道的管径，俯仰电机24输出轴通过蜗轮32蜗杆31传动机构驱动俯仰转轴22转动；蜗轮32蜗杆31传动机构实现了交错的俯仰电机24轴和俯仰转轴22的传动，减少了俯仰电机24减速器的设置，使得云台结构紧凑，云台的高度也能够满足管径限制。

所述的水平驱动组件包括水平偏置电机25、偏置齿轮37组和水平减速器26；所述的偏置齿轮37组包括啮合的偏置齿轮37和中心齿轮38，所述的偏置齿轮37正对水平偏置电机25输出轴，所述的中心齿轮38正对水平转轴23，所述的水平偏置电机25的输出轴连接水平减速器26的输入轴，水平减速器26的输出轴通过偏置齿轮37组驱动水平转轴23转动。水平减速器26的设置用来降低水平转轴23转速，使得水平转轴23更加稳定。

偏置齿轮37组封装于偏置壳体39当中，偏置壳体39与管道行走装置固定连接。

将水平驱动组件中的驱动电机设置在偏置电机，云台安装于管道行走装置上后，水平偏置电机25正好被排布与两个行走轮组件相夹持构成的空间中，使得电缆预埋管线巡检清障机器人的机构更为紧凑。

如图10所示，还包括角度调节机构，所述的角度调节机构包括角度采集单元、中央处理器、水平编码器29和俯仰编码器30，所述的角度采集单元包括陀螺仪传感器27和传感器安装杆28，所述的传感器安装杆28的一端安装陀螺仪传感器27，传感器安装杆28的另一端与安装板21固定连接，所述的水平编码器29连接水平偏置电机25的转轴，所述的俯仰编码器30连接俯仰电机24的转轴；

所述的陀螺仪传感器27的信号输出端连接中央处理器的第二信号输入端，所述的水平编码器29的信号输出端连接中央处理器的第三信号输入端，所述的俯仰编码器30的信号输出端连接中央处理器的第四信号输入端；所述中央处理器的第四信号输出端连接水平偏置电机25的控制输入端，所述的所述中央处理器的第五信号输出端连接俯仰电机24的控制输入端。

通常情况下，俯仰电机24和水平偏置电机25的控制电路中设置有继电器，继电器分别串接于中央处理器的第五信号输出端和第四信号输出端通过控制与俯仰电机24和水平偏置电机25对应的继电器的通断，实现俯仰电机24和水平偏置电机25的启停控制。

本发明的工作过程如下：中央处理器控制俯仰电机24和水平偏置电机25，从而控制云台的角度，控制夹持机械手的夹持方向。陀螺仪传感器27检测安装板21的偏差方向及角度，如安装板21在竖直方向上向上偏移了30^o；陀螺仪传感器27将检测的结果传输至中央处理器中，中央处理器运算得出俯仰电机24需旋转一定角度，从而通过俯仰转轴22带动安装板21向下偏移30^o，安装板21即可回到水平位置。

中央处理器控制俯仰电机24旋转，俯仰编码器30读取俯仰电机24旋转的角度，并反馈至中央处理器中，当俯仰电机24旋转一定角度后，控制俯仰电机24停止运行，此时安装板21回到初始位置。

如安装板21在竖直平面内倾斜了30^o；陀螺仪传感器27将检测的结果传输至中央处理器中，中央处理器运算得出水平偏置电机25需旋转一定角度，从而通过水平转轴23带动安装板21向向相反的旋转30^o，安装板21即可回到初始位置。中央处理器控制水平偏置电机25旋转，俯仰编码器30读取水平偏置电机25旋转的角度，并反馈至中央处理器中，当俯仰水平旋转一定角度后，控制水平偏置电机25停止运行，此时安装板21回到水平位置。

本发明通过陀螺仪传感器27检测安装板21是否发生偏移，并通过中央处理器控制俯仰电机24和水平偏置电机25驱动俯仰转轴22、水平转轴23旋转一定角度，使得安装板21回到初始位置，从而使得云台保持平稳，从而大大提升了云台的稳定性能，保证夹持机械手的夹持方向准确，提升夹持机械手的夹持质量；且交错轴组件和俯仰电机24合理设置，使得云台结构十分紧凑，能够轻松满足管道的管径限定。

所述的俯仰驱动组件还包括俯仰减速机构，所述的蜗轮32蜗杆31传动机构包括蜗轮32和蜗杆31，所述的蜗杆31与俯仰电机24的输出轴连接，所述的蜗轮32通过俯仰减速机构驱动俯仰转轴22转动。所述的俯仰驱动组件还包括俯仰减速机构，所述的俯仰减速机构包括减速空心轴35和减速齿轮组，所述的减速空心轴35的内径大于俯仰转轴22的直径；所述的减速空心轴35套设于俯仰转轴22上；所述的蜗轮32套设于减速空心轴35的；所述的减速齿轮组的输入齿轮套设于减速空心轴35上，减速齿轮组的输出齿轮套设于俯仰转轴22上。由于管道的管径有限，所述的俯仰电机24的输出轴不能直接连接减速器。俯仰减速机构与俯仰转轴22巧妙配合，充分利用了空间，使得辅助云台结构紧凑，能够满足管径的限定。

所述的管道机器人辅助云台，所述的交错轴连接件包括转动环33，所述的转动环33套设于俯仰转轴22上，且所述的转动环33与水平转轴23固定连接。

所述的俯仰转轴22沿周向设置有与转动环33匹配的转动槽。转动环33与转动槽配合十分精妙，转动槽对水平转轴23进行了限位，防止水平转轴23发生偏移；转动环33对俯仰转轴22进行了限位，防止俯仰转轴22进行偏移；从而提升了安装台角度复位时的精确控制。

所述的管道机器人辅助云台还包括减速齿轮箱34，所述的减速齿轮组封装于减速齿轮箱34中，保护减速齿轮组，便于辅助云台的组装。所述的水平转轴23上的转动环33也封装于减速齿轮箱34，水平转轴23的端部伸入齿轮箱中。

所述的管道机器人辅助云台还包括云台封装壳36，云台封装壳36与管道行走装置固定连接。所述的云台封装壳36中封装有交错轴组件、蜗轮32蜗杆31传动机构、减速空心轴35、偏置齿轮37组，为零件提供防护。

Claims (10)

1.一种电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：包括管道行走装置、云台、夹持机械手和中央处理器；所述的夹持机械手通过云台与管道行走装置相连接；

所述的管道行走装置包括主轴、行走机构和变径机构；

所述的行走机构包括行走驱动电机和沿主轴周向均匀排布的多个行走轮组件，所述的行走轮组件包括轮腿、第一传动机构和支撑臂组；所述的支撑臂组包括支撑臂和支撑臂固定块，所述的支撑臂固定块设置于主轴上，所述的支撑臂一端与轮腿铰接，另一端与支撑臂固定块铰接；所述的驱动电机通过第一传动机构驱动轮腿行走；

所述的变径机构包括变径驱动电机和与行走轮组件一一对应的变径组件，所述的变径组件包括带动支撑臂转动的变径连杆、变径变径丝杠传动机构和第三传动机构，所述的变径变径丝杠传动机构包括变径丝杠和变径滑块，所述的变径驱动电机的输出轴通过第三传动机构连接变径丝杠的动力输入端，所述变径连杆一端与变径滑块铰接，所述变径连杆另一端与对应的轮组件中的支撑臂铰接；

所述的夹持机械手包括一组夹持块、用于驱动夹持块移动的夹持块驱动机构以及夹持块传动机构；所述的夹持块传动机构包括相互啮合的主动扇齿轮、从动扇齿轮和主动夹持块连杆和从动夹持块连杆，所述主动夹持块连杆一端与一个夹持块铰接，主动夹持块连杆另一端与主动扇齿轮铰接，所述从动夹持块连杆一端与另一个夹持块铰接，从动夹持块连杆另一端与从动扇齿轮铰接；所述的夹持块驱动机构包括夹持块驱动电机和主动扇齿轮传动机构，所述的夹持块驱动电机通过主动扇齿轮传动机构驱动主动扇齿轮转动；

所述的中央处理器的第一输出端连接行走驱动电机，中央处理器的第二输出端连接变径驱动电机，中央处理器的第三输出端连接夹持块驱动电机。

2.根据权利要求1所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：还包括巡检机构，所述的巡检机构包括摄像头和图像采集卡；所述的摄像头54固定设置于云台上，摄像头与图像采集卡电连接，所述图像采集卡的输出端连接中央处理器的第一输入端。

3.权利要求1所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：所述的轮腿包括主动轮、从动轮、第二传动机构和安装槽，所述主动轮和传动轮转动安装于安装槽中；所述行走驱动电机的输出轴通过第一传动机构驱动主动轮转动，主动轮通过第二传动机构带动从动轮转动。

4.根据权利要求1所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：所述的变径连杆包括滑套、套设在滑套中的滑竿和预紧弹簧；所述滑套的变径滑块连接端与变径滑块铰接，滑套的套入端设置有弹簧限位板，滑竿的臂连接端设置有臂连接头，所述的臂连接头与所述变径组件中支撑臂铰接；预紧弹簧套设在滑竿上，且预紧弹簧位于弹簧限位板和臂连接头之间。

5.根据权利要求3所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：所述的第一传动机构包括皮带、与主动轮转轴平行的第一转轴、套设于第一转轴上的第一斜齿轮、套设于第一转轴上的第一齿轮、与主动轮转轴平行的第二转轴和套设与第二转轴上的第二齿轮，所述的第二齿轮和第一齿轮啮合；所述行走驱动电机的输出轴上套设有第二斜齿轮；行走驱动电机通过第二斜齿轮和第一斜齿轮的配合驱动第一转轴转动，第一转动通过第二齿轮和第一齿轮的配合驱动第二转轴转动，第二转轴通过皮带驱动主动轮转轴转动。

6.根据权利要求1或2所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：所述的变径组件中的第三传动机构包括变径丝杠齿轮和变径丝杠传动齿轮组，所述的变径丝杠齿轮套设于所述变径组件中变径丝杠的动力输入端；所述的变径驱动电机的输出轴上套设有第三齿轮，变径驱动电机通过第三齿轮、变径丝杠传动齿轮组和变径丝杠齿轮的配合驱动变径丝杠旋转。

7.根据权利要求1所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：所述的变径机构还包括滑动环，所述的滑动环套设于主轴上，所述的变径组件中的变径滑块均固定设置于滑动环上。

8.根据权利要求1所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：所述的行走轮组件还包括一个或多个稳定臂组，所述的稳定臂组包括与支撑臂平行设置的稳定臂和稳定臂固定块，所述的稳定臂固定块设置于主轴上，所述的稳定臂一端与轮腿铰接，另一端与稳定臂固定块铰接。

9.根据权利要求1所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：所述的主动扇齿轮传动机构包括固定设置于主动扇齿轮上的扇齿轮拨动柱、主动扇连杆和传动转盘、固定设置于传动转盘上的转盘连接柱；所述的传动转盘的中心与夹持块驱动电机固定连接，所述主动扇连杆一端与扇齿轮拨动柱转动连接，主动扇连杆的另一端与转盘连接柱转动连接。

10.根据权利要求1所述的电缆预埋管线巡检清障机器人，其特征在于：所述的云台包括用于装配外部器件的安装板和交错轴组件；所述的交错轴组件包括俯仰转轴、水平转轴和交错轴连接件，所述的水平转轴垂直于俯仰转轴； 所述的安装板沿俯仰转轴上下旋转，所述的安装板沿水平转轴在竖直平面内旋转；

所述的云台还包括用于驱动俯仰转轴旋转的俯仰驱动组件和用于驱动水平转轴旋转的水平驱动组件；所述的俯仰驱动组件包括俯仰电机和蜗轮蜗杆传动机构，所述的俯仰电机沿上下方向设置，且俯仰电机输出轴垂直于俯仰转轴，俯仰电机输出轴通过蜗轮蜗杆传动机构驱动俯仰转轴转动；所述的水平驱动组件包括水平偏置电机和偏置齿轮组；所述的偏置齿轮组包括啮合的偏置齿轮和中心齿轮，所述的偏置齿轮正对水平偏置电机输出轴，所述的中心齿轮正对水平转轴，所述的水平偏置电机输出轴通过偏置齿轮组驱动水平转轴转动；所述的水平转轴与管道行走装置固定连接；

所述的云台还包括角度调节机构，所述的角度调节机构包括角度采集单元、水平编码器和俯仰编码器，所述的角度采集单元包括陀螺仪传感器和传感器安装杆，所述的传感器安装杆的一端安装陀螺仪传感器，传感器安装杆的另一端与安装板固定连接，所述的水平编码器连接水平偏置电机的转轴，所述的俯仰编码器连接俯仰电机的转轴；

所述的陀螺仪传感器的信号输出端连接中央处理器的第二信号输入端，所述的水平编码器的信号输出端连接中央处理器的第三信号输入端，所述的俯仰编码器的信号输出端连接中央处理器的第四信号输入端；所述中央处理器的第四信号输出端连接水平偏置电机的控制输入端，所述的所述中央处理器的第五信号输出端连接俯仰电机的控制输入端。