[发明专利]一种管内机器人的径向运动系统及其方法

说明书

管内机器人的径向运动系统及其方法，其系统适于安装在管内机器人上，包括探测装置、姿态角度传感器、驱动装置和控制中枢，探测装置安装于管内机器人的前部机身上，姿态角度传感器至少设置有前部机身姿态角度传感器和后部机身姿态角度传感器，且分别安装于前部机身和管内机器人的后部机身上，驱动装置安装于管内机器人的机身上，驱动前部机身和后部机身进行径向相对运动，控制中枢和探测设备、姿态角度传感器、驱动装置进行信号连接或驱动连接。探测管内机器人在探测到前方的障碍物或陷阱时，控制前部机身和后部机身进行同一径向方向的转动，通过多次转体避开障碍物或陷阱，提高管内机器人径向运动控制的可靠性。

技术领域

本发明涉及机器人运动控制领域，尤其涉及一种适于调整管内机器人在管内的径向方位的位置，便于管内机器人进行管内工作的径向运动系统及其方法。

背景技术

管内机器人是特种机器人的重要分支之一，它是在现代石化、城市建设等管内施工、检修技术的推动下产生的。从管内机器人出现至今,研究人员对高效驱动单元的研究就一直没有间断过,陆续研制出了轮式、履带式、仿生蠕动式以及惯性冲击式等驱动方式。

一套完整的管内机器人系统，由行走机构、管内部环境识别检测系统、信号传递和动力传输系统及控制系统组成，其中行走机构是管内机器人的核心部分，管内机器人开发者们都是围绕着它在管内的轴向运动进行研究和开发，而管内机器人的检测、检修、安装等动作的实现，也要求管内机器人能够在管内进行径向的转体运动。径向的转体运动可以使管内机器人跨过管内遇到的小型障碍物或陷阱，调整管内机器人在管内的径向位置，其后再沿管内进行轴向行走，使得管内机器人携带的作业工具能作用到管内的任意径向位置。

因此，管内机器人的径向姿态检测和径向运动控制也成为了管内机器人开发的一个重要方面。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于管内机器人的径向运动系统及其方法，该系统可对机器人的径向运动角度进行检测和运算，较为准确地完成机器人径向连续特定角度的转动，同时提高了转动的顺畅性，简化旋转机构因前后机身之间的连续反方向相对转动而进行的复杂连接。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

管内机器人的径向运动系统，适于安装在管内机器人上，包括探测装置、姿态角度传感器、驱动装置和控制中枢，所述探测装置安装于所述管内机器人的前部机身上，所述姿态角度传感器至少设置有前部机身姿态角度传感器和后部机身姿态角度传感器，且分别安装于所述前部机身和所述管内机器人的后部机身上，所述驱动装置安装于所述管内机器人的机身上，分别对所述前部机身和所述后部机身的径向相对运动进行驱动，所述控制中枢和所述探测设备、姿态角度传感器、驱动装置进行信号连接或驱动连接，接收所述探测设备和所述姿态角度传感器的信号，并向所述驱动装置发送运动指令；

相应的，所述探测设备包括红外摄像机和声呐扫描仪，通过红外摄像机或/和声呐扫描仪获取管内机器人前方一定距离的路况，并将路况信号传输到所述控制中枢；

相应的，所述姿态角度传感器包括至少可以检测横滚角的倾角仪；

相应的，所述驱动装置包括动力源设备、减速器和传动轴，所述动力源设备包括回转缸和马达，所述减速器的动力输入端通过第一传动轴与动力源设备连接，所述减速器的动力输出端通过第二传动轴连接所述管内机器人的所述前部机身和所述后部机身；

相应的，所述减速器的减速比为1:2—1:200。

管内机器人的径向运动方法，包括如下步骤：探测管内机器人前行方向上的路况，在探测到前方的障碍物、陷阱或作业目标时，控制前部机身和后部机身进行同一径向方向的相对转动，通过多次转动使管内机器人实现预期角度的转体，从而避开障碍物或陷阱，或使其携带的作业工具对准作业目标；