[发明专利]一种地下管道人井排查多功能八爪机器人及其排查方法

摘要

本发明提供了一种地下管道人井排查多功能八爪机器人，其特征在于：本体为蝴蝶状，包括：行走模块，包括仿生脚掌和足部，足部包括三个主动关节，分别为髋关节、膝关节以及踝关节，脚掌与髌骨节通过球铰相连，同时在脚掌与髌骨节之间设置有复位弹簧，足部安装力传感器；清洁结构，包括壳体，蜗杆电机，清洁毛刷，机械爪和清洁舵机；控制机构，包括主控模块、数据传输模块、上位机控制模块和电机驱动控制模块，采用慎思式体系架构的分层递阶控制系统；感知模块，包括危险气体传感器、第一红外传感器、360度旋转式摄像头以及LED照明灯；供电模块，采用专用航空锂电池；以及关节驱动系统，采用全封闭步进电机驱动。还公开了相应的排查方法。

主权项

1.一种地下管道人井排查多功能八爪机器人，其特征在于：本体为蝴蝶状，包括：行走模块，包括仿生脚掌和足部，设计为8脚趾结构，8个趾节均匀分布，脚掌与足部通过球铰链节，从而适应复杂全地形；所述足部与所述脚掌连接，包括三个主动关节，分别为髋关节、膝关节以及踝关节，每个主动关节由舵机驱动，每一条足都包括基节、股节和髌骨节，基节通过髋关节与机器人本体相连，股节通过膝关节与基节相连，髌骨节通过踝关节与髌骨节相连，髋关节、膝关节、踝关节分别由一个舵机驱动，通过控制髋关节实现腿的前后摆动，膝关节和踝关节控制腿的抬放，脚掌与髌骨节通过球铰相连，同时在脚掌与髌骨节之间设置有复位弹簧，在脚掌接触到管道面时自动调整球铰转动并保持初始姿态不变，在机器人足部安装力传感器，从而使得机器人每条腿都具有力感知能力，通过实时监测脚掌受力和爬行表面状况实现机器人行动的反馈控制，增加稳定性和适应性；清洁结构，包括壳体，蜗杆电机，清洁毛刷，机械爪和清洁舵机，通过清洁舵机安装在足部前端，清洁毛刷与蜗杆电机的输出轴连接，机械爪通过清洁舵机安装在壳体的另一端，控制清洁舵机，从而实现清洁毛刷与机械爪之间的切换，配合完成各项作业任务；控制机构，采用线控或者无线遥控，包括主控模块、数据传输模块、上位机控制模块和电机驱动控制模块，所述主控模块与供电模块、感知模块、电机驱动控制模块连接，通过电机驱动控制模块与行走模块连接，采用慎思式体系架构的分层递阶控制系统，包括组织级、协调级和执行级，所述组织级对机器人运动任务统一规划，由通信模块和人机界面组成，所述执行级位于所述控制系统末端，实现各关节互补干涉，所述协调级协调所述组织级和所述执行级之间的关系，包括舵机控制板以及获取环境变化的主控板，从而将接收组织级的运动命令并驱动舵机转动；感知模块，包括机身上安装的危险气体传感器、第一红外传感器、360度旋转式摄像头以及LED照明灯，所述摄像头通过360度舵机安装在机身上方，实现摄像头360度旋转，并将图像信号实时传输到上位机控制模块，所述LED照明灯设置于机身外围，用于探测管道内环境；供电模块，采用专用航空锂电池作为电源；以及关节驱动系统，采用全封闭步进电机驱动，不产生火花及电磁干扰。