本發明涉及管道清理設備，具體為一種智能變徑蠕動管道機器人。
背景技術：
1、地下管道網絡是現代城市基礎設施的重要組成部分，承擔著排水、排污、電力及通信線纜鋪設等多重功能。隨著使用年限的增長，管道內部不可避免地會出現淤泥沉積、結垢、堵塞等問題，嚴重影響其輸送能力，并在雨季等極端天氣下引發城市內澇，對公共安全和經濟活動構成威脅。因此，定期對管道進行檢測、清洗與維護至關重要。
2、目前，針對管道內部的清淤作業，主要依賴人工進入或使用管道機器人兩種方式。人工作業環境惡劣，勞動強度大，且效率低下，僅適用于大直徑管道。而現有管道機器人，根據其運動方式，主要可分為輪式、履帶式、爬行式等幾類。輪式與履帶式管道機器人運動速度快，控制相對簡單，但其對管道環境的適應性有限。當管道內存在較深的淤泥、陡峭的坡度或復雜的障礙物時，容易出現打滑、傾覆或卡死等問題。此外，其驅動輪或履帶與管壁的接觸壓力難以精確控制，過大的壓力可能損傷管道內壁，而過小的壓力則導致附著力不足，無法提供有效的驅動力。
3、因此，針對上述技術問題，有必要提供一種智能變徑蠕動管道機器人。
技術實現思路
1、針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種智能變徑蠕動管道機器人，以解決上述背景技術中提出的問題。
2、為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：
3、本發明提供一種智能變徑蠕動管道機器人，包括機體，所述機體上設置有決策層機構、感知層機構和多個執行層機構，所述決策層機構包括主控系統、運動控制器和力閉環控制器；所述感知層機構包括力感知模塊、環境感知模塊和姿態感知模塊；多個所述執行層機構沿所述機體的周向環形陣列分布，每個所述執行層機構包括主動變徑模塊、蠕動模塊和清淤模塊，所述清淤模塊包括固定安裝于機體上的支架、轉動座和多個噴頭，所述機體上固定安裝有與轉動座相連通的快速接頭，所述快速接頭用于外接水管并向轉動座內輸送清潔液，清潔液從噴頭噴出時驅動轉動座旋轉，以對管道內壁進行清洗。
4、在本發明的一個或多個實施例中，所述主動變徑模塊的軸桿末端安裝有一對環境感知模塊，所述軸桿的末端設有由運動控制器驅動的微型電動旋轉座，所述環境感知模塊安裝在微型電動旋轉座上，所述微型電動旋轉座用于調節環境感知模塊的朝向角度。
5、在本發明的一個或多個實施例中，所述力感知模塊設置于主動變徑模塊的液壓缸與軸桿的連接處，所述力感知模塊用于實時檢測軸桿施加于管壁的正壓力；所述力閉環控制器接收力感知模塊反饋的力信號，并與主控系統下發的期望壓力值進行比較，通過pid算法調節液壓缸的輸出力，以實現對管壁接觸力的閉環控制。
6、在本發明的一個或多個實施例中，所述蠕動模塊為直線電動缸或微型氣缸，所述蠕動模塊的一端與機體固定連接，所述蠕動模塊的另一端與主動變徑模塊的缸體固定連接。
7、在本發明的一個或多個實施例中，多個所述蠕動模塊在運動控制器的協調下獨立或同步動作，以模擬蠕動步態；所述運動控制器內置有限狀態機，所述有限狀態機包括前端錨定狀態、中后部前伸狀態、中后部錨定狀態和前部收縮狀態，通過狀態循環實現管道機器人的前進或后退。
8、在本發明的一個或多個實施例中，所述噴頭沿轉動座的周向均勻分布，且所述噴頭的噴射軸線與轉動座的旋轉半徑呈銳角設置，使得噴出的清潔液產生切向反作用力以驅動轉動座旋轉。
9、在本發明的一個或多個實施例中，所述環境感知模塊包括激光測距傳感器、超聲波傳感器和微型攝像頭中的一種或多種；所述姿態感知模塊為集成三軸加速度計、三軸陀螺儀和三軸磁力計的慣性測量單元。
10、在本發明的一個或多個實施例中，所述主控系統對環境感知模塊和姿態感知模塊采集的數據進行融合，構建局部占據柵格地圖，并根據局部占據柵格地圖規劃所述管道機器人的行進路徑和變徑策略。
11、在本發明的一個或多個實施例中，所述環境感知模塊在預設距離內探測到障礙物時，所述主控系統觸發緊急停止行為，并指令主動變徑模塊收縮減壓；在常規行進中，所述主控系統根據管徑測量值計算最佳變徑量，并將期望壓力值發送至力閉環控制器。
12、在本發明的一個或多個實施例中，所述快速接頭為自封式快速接頭，所述轉動座與快速接頭之間通過旋轉密封管路連通。
13、本發明的有益效果在于：能夠實現對復雜管徑和環境的自適應、對接觸力的閉環精確控制以及高效無死角的清淤作業，顯著提高了管道機器人的通過性、智能化水平和作業效率，具有很高的實用價值和廣闊的應用前景。
1.一種智能變徑蠕動管道機器人，包括機體，其特征在于，所述機體上設置有：
2.如權利要求1所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，所述主動變徑模塊（31）的軸桿末端安裝有一對環境感知模塊（22），所述軸桿的末端設有由運動控制器（12）驅動的微型電動旋轉座，所述環境感知模塊（22）安裝在微型電動旋轉座上，所述微型電動旋轉座用于調節環境感知模塊（22）的朝向角度。
3.如權利要求1所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，所述力感知模塊（21）設置于主動變徑模塊（31）的液壓缸與軸桿的連接處，所述力感知模塊（21）用于實時檢測軸桿施加于管壁的正壓力；所述力閉環控制器（13）接收力感知模塊（21）反饋的力信號，并與主控系統（11）下發的期望壓力值進行比較，通過pid算法調節液壓缸的輸出力，以實現對管壁接觸力的閉環控制。
4.如權利要求1所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，所述蠕動模塊（32）為直線電動缸或微型氣缸，所述蠕動模塊（32）的一端與機體固定連接，所述蠕動模塊（32）的另一端與主動變徑模塊（31）的缸體固定連接。
5.如權利要求4所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，多個所述蠕動模塊（32）在運動控制器（12）的協調下獨立或同步動作，以模擬蠕動步態；
6.如權利要求1所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，所述噴頭（333）沿轉動座（332）的周向均勻分布，且所述噴頭（333）的噴射軸線與轉動座（332）的旋轉半徑呈銳角設置，使得噴出的清潔液產生切向反作用力以驅動轉動座（332）旋轉。
7.如權利要求1所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，所述環境感知模塊（22）包括激光測距傳感器、超聲波傳感器和微型攝像頭中的一種或多種；
8.如權利要求1所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，所述主控系統（11）對環境感知模塊（22）和姿態感知模塊（23）采集的數據進行融合，構建局部占據柵格地圖，并根據局部占據柵格地圖規劃所述管道機器人的行進路徑和變徑策略。
9.如權利要求8所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，所述環境感知模塊（22）在預設距離內探測到障礙物時，所述主控系統（11）觸發緊急停止行為，并指令主動變徑模塊（31）收縮減壓；
10.如權利要求1所述的一種智能變徑蠕動管道機器人，其特征在于，所述快速接頭（4）為自封式快速接頭，所述轉動座（332）與快速接頭（4）之間通過旋轉密封管路連通。