一种管道检测机器人及其检测方法与流程

本发明涉及一种管道检测机器人，尤其涉及到基于视觉的管道检测机器人。

背景技术：

日常生活中存在各种各样不同功能、不同尺寸的管道，如石油管道、煤气管道、地下通讯线缆管道等。这些管道在使用前需要进行检测，以确保内部没有缺陷。在使用中也需要经常对管道内壁进行检查，从而能及时发现管道内壁的情况和缺陷，便于对管道进行维护。

针对不同的管径的检测机器人，机器人采用了伸缩式或滑块式机构，机器人在管道移动过程中常常出现驱动轮打滑的现象，不能适应大范围变化的管径，或者摄像头的拍摄高度不能调节，影响了图像拍摄的效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一个管道内壁缺陷检测机器人，通过管道机器人拍摄管道内壁的图像分析管道的缺陷情况。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种管道检测机器人，包括移动组件、升降组件、水平旋转组件、俯仰组件、摄像头以及控制单元；其中，

所述移动组件设置于机器人的下部，用于在管道内移动；

所述水平旋转组件设置在移动组件上方，并且通过升降组件与移动组件连接；

所述水平旋转组件上连接所述俯仰组件，俯仰组件上固定摄像头；

所述移动组件、升降组件、水平旋转组件、俯仰组件、摄像头均与控制单元控制连接；

所述移动组件包括：第一支撑平台、转向轮以及支撑角度可调的驱动轮组件，其中，所述第一支撑平台的一端固定连接转向轮，另一端连接所述支撑角度可调的驱动轮组件；

所述支撑角度可调的驱动轮组件包括：固定于第一支撑平台端部的两根螺杆；

轮架，轮架上连接驱动轮以及轮驱动机构，所述轮架可转动的套接于螺杆上，并通过螺母与第一支撑平台之间相互固定；

还包括测距单元，测距单元设置于机器人的机身上与控制单元信号连接，用以判断机器人是否移动到管道转弯处以及是否在管道的中间位置。

所述升降组件包括：第一支撑臂、第二支撑臂以及升降舵机，其中，所述升降舵机的一端固定在第一支撑臂下端，另外一端固定在第二支撑臂的上端，第一支撑臂的下端与移动组件通过铰链连接，第二支撑臂的上端通过铰链与水平旋转组件相连接。

所述水平旋转组件包括：第二支撑平台、回转支承、旋转平台以及第一旋转舵机；其中，第一旋转舵机安装在第二支撑平台上，通过传动机构与旋转平台连接，旋转平台安装在回转支撑上，回转支撑安装在第二支撑平台上。

所述俯仰组件包括第二旋转舵机、俯仰座、俯仰平台以及安装板，其中，旋转平台上安装俯仰座，俯仰座具有弧形凹面，俯仰平台底部具有与所述弧形凹面相配合的弧形凸面，俯仰平台上设有轴孔，第二旋转舵机通过安装板安装在旋转平台上，第二旋转舵机的输出轴与所述俯仰平台上的轴孔配合连接。

所述测距单元包括安装在第二支撑平台前端中间位置处的一只纵向测距传感器、以及对称安装于第二支撑平台两侧位置处的两只横向测距传感器，所述纵向测距传感器和横向测距传感器均与所述控制单元信号连接。

所述传动机构包括：大带轮、小带轮和同步带，第一旋转舵机的输出轴穿过第二支撑平台后与小带轮连接，小带轮和大带轮之间安装同步带，旋转平台上设有竖轴，竖轴穿过第二支撑平台后与所述大带轮连接。

第一支撑平台的上表面上安装有4个安装凸台，用于安装升降组件的第一支撑臂，第二支撑平台的前段中间位置加工有螺纹孔，用于安装转向轮；第一支撑平台的尾端加工两根所述螺杆。

本发明还公开了一种基于所述的管道检测机器人的管道检测方法，针对不同直径的管道，通过调整轮架相对于第一支撑平台的安装角度和转向轮相对于第一支撑平台的安装高度，使转向轮和两个驱动轮与管道充分接触；

横向测距传感器用于测量机器人距离管道左右两侧壁的第一距离，并将第一距离信号发送给控制单元，控制单元内预先设有第一阈值，将第一距离与第一阈值进行比较判断机器人是否在管道的中间位置，若判断机器人处于管道的中间位置，则控制单元控制机器人直线移动，具体是：控制单元控制轮驱动机构驱动两个驱动轮以相同的转速旋转，管道检测机器人直线移动；

纵向测距传感器用来测量机器人距离前面管壁的第二距离，并将第二距离信号发送给控制单元，控制单元内预先设有第二阈值，将第二距离与第二阈值进行比较判断机器人是否移动到管道转弯处，当判断机器人处于管道转弯处时，控制单元控制轮驱动机构作出相应的转弯，具体是：当左侧驱动轮转速高于右侧驱动轮时，管道检测机器人向右转弯；当右侧驱动轮转速高于左侧驱动轮时，管道检测机器人向左转弯。

本发明的有益效果是：

本发明一种管道检测机器人便于人们对管道缺陷的检测，减少了管道内壁检测的人工作业量，提高了管道缺陷的效率。具体优点在于：

第一、该管道检测机器人能改变图片拍摄的高度，左右角度、俯仰角度，更好地对管道内壁的全方位检测；

第二、通过改变转向轮的安装高度和驱动轮的安装角度，可以使转向轮和驱动轮与管道充分接触，避免了移动过程打滑现象的发生，同时使该管道检测机器人能适用于不同直径的管道检测，扩大了管道检测机器人的应用范围；

第三、安装的纵向距离传感器和横向距离传感器，可以感知机器人相对于管道内壁的位置，实现自动转弯和方位调整。

附图说明

图1为本发明管道检测机器人的整体结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图(省略了摄像头)；

图4是移动组件的结构示意图；

图5是图4的右视图；

图6是第一支撑平台结构示意图；

图7是图6俯视图；

图8移动组件放置在小管道内的结构示意图；

图9移动组件放置在大管道内的结构示意图；

图10是升降组件的结构示意图；

图11是图10的左视图；

图12是水平旋转组件的结构示意图；

图13是俯仰组件的结构示意图；

图14是图13的a-a视图；

图15是图13的俯视图；

其中：1.转向轮、2.第一支撑平台、3.第一支撑臂、4.升降舵机、5.第二支撑臂、6.第二支撑平台、7.纵向测距传感器、8.回转支承、9.旋转平台、10.第二旋转舵机、11.摄像头、12.大带轮、13.同步带、14.横向测距传感器、15.第一旋转舵机、16.小带轮、17.轮架、18.驱动轮、19.俯仰座、20.俯仰平台、21.安装板、22.轮驱动机构、23.管道。

具体实施方式

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施方案。

如图1至图3所示，一种管道检测机器人，包括：移动组件、升降组件、水平旋转组件、俯仰组件、纵向测距传感器、横向测距传感器和摄像头。

该管道检测机器人能够在管道里移动，拍摄管道内的图像，机器人在管道移动时，能自动转弯，在管道图像拍摄过程中，能够调整摄像头的高度，左右角度和俯仰角度。

如图4至图5所示，所述移动组件包括转向轮1、第一支撑平台2、轮架17、驱动轮18和轮驱动机构22。移动组件负责机器人在管道内移动。

如图6和7所示，第一支撑平台2的上表面上安装有4个安装凸台，用于安装升降组件的第一支撑臂3，第一支撑平台2的前段中间位置加工有螺纹孔，用于安装转向轮1，第一支撑平台2的尾端加工有两根水平安装杆，用于安装轮架17。

如图4至图7所示，转向轮1通过螺纹机构安装在第一支撑平台2上，轮架17安装在平台2尾端的水平安装杆上，通过螺母(图中省略没画)将轮架17压紧在第一支撑平台2上，保证轮架17不会绕第一支撑平台2尾端的水平安装杆转动。

轮驱动机构22安装在轮架17上，驱动轮18安装在轮驱动机构22的轴上，且驱动轮18位于轮架17的u型凹槽间。

管道检测机器人有一个转向轮1，两个驱动轮18，当两个驱动轮18转速相同时，管道检测机器人直线移动；当左侧驱动轮转速高于右侧驱动轮时，管道检测机器人向右转弯；当右侧驱动轮转速高于左侧驱动轮时，管道检测机器人向左转弯。

如图8和9所示，针对不同直径的管道23，通过调整轮架17相对于第一支撑平台2的安装角度和转向轮1相对于第一支撑平台2的安装高度，可以使转向轮1和驱动轮18与管道充分接触，避免了移动过程打滑现象的发生，同时使该管道检测机器人能适用于不同直径的管道检测，扩大了管道检测机器人的应用范围。

如图10至图11所示，所述升降组件，包括第一支撑臂3、升降舵机4、第二支撑臂5、和第二支撑平台6。所述升降舵机4的一端固定在第二支撑臂5下端，另外一端固定在第一支撑臂3的上端，这样第一支撑臂3和第二支撑臂5之间形成了“有动力的铰链连接”。第一支撑臂3的下端与移动组件的第一支撑平台通过铰链连接，第二支撑臂5的上端通过铰链与第二支撑平台6相连接。所述升降舵机4的摆动使得第一支撑臂3和第二支撑臂5发生相对旋转，从而带动第二支撑平台上下运动，实现升降。

如图12所示，所述水平旋转组件包括回转支承8、旋转平台9、大带轮12、同步带13、旋转舵机15和小带轮16。所述的旋转舵机15安装在升降组件的第二支撑平台6的上方靠后中间位置，旋转舵机15输出轴穿过第二支撑平台6与小带轮16配合连接，所述回转支撑8安装在第二支撑平台6上方靠前中间位置，旋转平台9安装在回转支撑8上，旋转平台9的中间位置有竖轴，竖轴穿过第二支撑平台6，旋转平台9的竖轴上安装有大带轮12，大带轮12和小带轮16之间安装有同步带16。旋转舵机15旋转带动小带轮13旋转，从而带动大带轮9旋转，使得旋转台9旋转。

如图13至图15所示，所述俯仰组件，包括第二旋转舵机10、俯仰座19、俯仰平台20、安装板21。所述的第二旋转舵机10通过安装板21安装在水平旋转组件的旋转平台9上，所述的俯仰座19安装旋转平台9上，所述的俯仰平台20的半圆柱与俯仰座19的半圆孔过渡配合，俯仰平台20半圆柱可以在俯仰座19的半圆孔中转动，俯仰平台20的中心位置加工有半圆柱孔，第二旋转舵机10的轴与俯仰平台20的中心位置的半圆柱孔过盈配合，这样第二旋转舵机10的摆动就带动俯仰平台20的摆动。

摄像头11固定安装在俯仰平台20的上表面。

如图3所示，第二支撑平台6的前端中间位置安装有一只纵向测距传感器7，第二支撑平台6的中间两侧位置各安装一只横向测距传感器14，纵向测距传感器7用来测量机器人距离前面管壁的距离，用以判断机器人是否移动到管道转弯处，横向测距传感器14用于测量机器人距离管道左右两侧壁的距离，判断机器人是否在管道的中间位置。

一种基于所述的管道检测机器人的管道检测方法，具体是：

针对不同直径的管道，通过调整轮架相对于第一支撑平台的安装角度和转向轮相对于第一支撑平台的安装高度，使转向轮和两个驱动轮与管道充分接触；

横向测距传感器用于测量机器人距离管道左右两侧壁的第一距离，并将第一距离信号发送给控制单元，控制单元内预先设有第一阈值，将第一距离与第一阈值进行比较判断机器人是否在管道的中间位置，若判断机器人处于管道的中间位置，则控制单元控制机器人直线移动，具体是：控制单元控制轮驱动机构驱动两个驱动轮以相同的转速旋转，管道检测机器人直线移动；

纵向测距传感器用来测量机器人距离前面管壁的第二距离，并将第二距离信号发送给控制单元，控制单元内预先设有第二阈值，将第二距离与第二阈值进行比较判断机器人是否移动到管道转弯处，当判断机器人处于管道转弯处时，控制单元控制轮驱动机构作出相应的转弯，具体是：当左侧驱动轮转速高于右侧驱动轮时，管道检测机器人向右转弯；当右侧驱动轮转速高于左侧驱动轮时，管道检测机器人向左转弯。