管道检测机器人及管道检测方法与流程

本发明涉及管道检测技术领域，特别是涉及一种管道检测机器人及管道检测方法。

背景技术：

管道检测机器人能够进行城市排水管道的内窥检测，机器人进入排水管道后，通过机器人上的摄像设备拍摄并将影像数据传输至控制电脑，辅助操作员对管道的破裂、腐蚀和焊缝质量情况进行判断。目前，检测机器人上的摄像设备多为单一视角，且摄像设备朝向管道轴线延伸方向，机器人沿管道轴线边行进边拍摄过程中，管道侧壁的图像不清晰；当发现某个壁面可能有缺陷时，机器人停止行进，人工远程操控摄像设备调整角度，对准壁面的某个部位拍摄或者在此位置环绕一周对此处的圆周壁面进行扫描，只能实现局部高清晰度拍摄，且需要人为远程控制实现对准，耗时长，效率低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对机器人无法对管道内部进行全方位摄像检测的问题，提供一种管道检测机器人及管道检测方法。

一种管道检测机器人，包括：

车体；

驱动机构，设置在所述车体上用于驱动所述车体；以及

摄像机构，设置在所述车体上，包括第一摄像设备、多个第二摄像设备及云台，所述第一摄像设备设于所述云台的端部，所述多个第二摄像设备设于所述云台的外周且以所述第一摄像设备为中心呈圆周均布设置。

上述的管道检测机器人，设有第一摄像设备及多个第二摄像设备，管道检测机器人移动时，能够同时拍摄正前方及管道内周的图像，全方位、多视角进行管道内拍摄检测，提高管道检测拍摄效率及质量，结构设计合理。

在其中一实施例中，所述云台包括固定部及连接部，所述连接部与所述固定部转动连接，以使所述连接部能够相对于所述固定部旋转且旋转轴与管道延伸方向平行，所述第一摄像设备及第二摄像设备均位于所述连接部上。

在其中一实施例中，所述连接部部分伸出于所述车体的端部外，所述第一摄像设备及第二摄像设备均设于部分伸出于所述车体的端部外的连接部上，以防止遮挡拍摄视角。

在其中一实施例中，所述第二拍摄设备的数量等于或大于三，相邻的所述第二拍摄设备视角相互重叠，且所有的第二拍摄设备视角叠加后能够覆盖整个管道内壁。

在其中一实施例中，还包括升降机构，所述升降机构的顶端、底端分别与所述云台、所述车体连接。

在其中一实施例中，所述升降机构包括相互铰接的第一支杆及第二支杆，所述第一支杆的底端、第二支杆的顶端位于同一侧且分别与所述车体、摄像机构固定连接，第一支杆的顶端、第二支杆的底端位于同一侧且分别与所述摄像机构、车体滑动连接。

在其中一实施例中，还包括控制系统，所述控制系统包括传感模块，所述传感包括图像传感器、倾角传感器及位置传感器，所述图像传感器与所述摄像机构连接以用于获取图像信息，所述倾角传感器与所述车体连接以用于测量所述车体的倾斜角度，所述位置传感器设于所述车体内以用于实时监测所述车体的位置。

在其中一实施例中，所述控制系统还包括远程操作端，所述远程操作端与传感模块电性连接，且包括操作键盘及显示屏，所述显示屏用于显示图像、倾角及位置信息，所述操作键盘用于远程操控。

一种管道检测方法，包括：

将管道检测机器人置于待检测管道内；

操控管道检测机器人沿管道轴线边行进边拍摄，其中利用第一摄像设备拍摄行进时正前方图像，利用多个第二摄像设备拍摄管道内壁各视角图像；

第二摄像设备拍摄管道内壁各视角图像，经过剪裁掉重叠部分，然后拼接，呈现在远程操作端的显示屏上。

将所述图像经过处理后，用于判断管道破损、缝隙状态。

上述的管道检测方法，通过管道机器人在管道内边行进边拍摄管道内图像或视频，第一摄像设备及多个第二摄像设备拍摄图像经过处理后能够展开或立体显示于显示屏上，能够让操作员快速识别管道破损、缝隙状态，提高检测效率及准确性。

在其中一实施例中，所述各视角图像裁剪掉重叠部分后进行拼接处理，能够呈现于远程操作端的显示屏上。

附图说明

图1为一实施例中管道检测机器人的组合轴测图；

图2为图1中的摄像机构的正视图及多个第二摄像设备的视角分布图；

图3为图1所示的管道检测机器人的控制系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对管道检测机器人及管道检测方法做进一步说明。

请参考图1，一实施例的管道机器人10包括车体100、驱动机构、升降机构300、摄像机构400及车轮500。

驱动机构包括第一驱动件(未在图中示出)、第二驱动件200及第三驱动件(未在图中示出)，第一驱动件设于车体100内以用于驱动车体100在管道内沿管道轴线移动，第二驱动件200与升降机构300连接以用于驱动升降机构300升降，升降机构300的升降方向与管道轴线的延伸方向垂直，第三驱动件与摄像机构400连接以用于调节摄像机构400。具体地，驱动机构为伺服电机或步进电机。本实施方式中，管道为直圆筒状且管道轴线沿横向延伸，升降机构300沿纵向升降。在其他实施方式中，管道还可以呈弯折状，升降机构300上还可以设置转向装置，以更好地满足管道需求。

请参考图1，升降机构300位于车体100上方，升降机构300的底端、顶端分别与车体100、摄像机构400连接。具体地，升降机构300包括相互铰接的第一支杆310及第二支杆320，车体100上设有基座110，第一支杆310及第二支杆320的杆部铰接成x型，第一支杆310的底端、第二支杆320的顶端位于同一侧且分别与基座110、摄像机构400固定连接，第一支杆310的顶端、第二支杆320的底端位于同一侧且分别与摄像机构400、基座110滑动连接，以使第一支杆310的顶端、第二支杆320的底端能够沿管道延伸方向滑动，从而实现升降机构300的纵向升降。本实施方式中，通过在基座110上设置丝杆组件以带动第一支杆310的顶端、第二支杆320的底端滑动，具体地，丝杆组件包括丝杆111及丝杆螺母(未在图中示出)，丝杆螺母套设于丝杆111上且与丝杆111传动连接，丝杆螺母的两侧分别与第一支杆310的顶端、第二支杆320的底端固定连接，丝杆111与第二驱动件200连接以使第二驱动件200驱动丝杆111转动，同时带动丝杆螺母沿管道轴线移动，并带动第一支杆310的顶端、第二支杆320的底端滑动，进而实现升降机构300的纵向升降。进一步地，为了使第一支杆310的顶端、第二支杆320的底端滑动时方向不发生偏移，在摄像机构400上设有与第一支杆310顶端配合的第一滑轨401，基座110上设有与第二支杆320底端配合的第二滑轨112，第一滑轨401、第二滑轨112与丝杆111均为平行设置。在其他实施方式中，第一支杆310及第二支杆320还可以不铰接成x型，二者可以平行设置，第一支杆310及第二支杆320的底端、顶端分别与基座110、摄像机构400活动连接，也能实现升降机构300的纵向升降。

请参考图1，摄像机构400位于车体100上方且与升降机构300连接，升降机构能够带动摄像机构400升降。具体地，摄像机构400包括第一摄像设备410、多个第二摄像设备420及云台430，云台430包括固定部431及连接部432，固定部431与升降机构300连接，连接部432与固定部431活动连接且能够相对于固定部431进行360度旋转，且旋转轴与管道轴线平行。本实施方式中，固定部431内设有第三驱动件(未在图中示出)，第三驱动件包括电机及电机轴(未在图中示出)，连接部432与电机轴连接，通过电机驱动以使电机轴带动连接部432相对于固定部431旋转。在其他实施方式中，连接部432还可以通过轴承或铰链转动连接于固定部431上。进一步地，为了便于第二摄像设备420呈圆周均布设置，本实施方式中，连接部432设为圆筒状。在其他实施方式中，连接部432还可以呈棱柱状、圆锥状或其它不规则形状。更进一步地，为了防止车体100遮挡拍摄视角，连接部432部分伸出于车体100的端部外，第一摄像设备410及第二摄像设备420均设于部分伸出于车体100的端部外的连接部432上。

为了全方位地获取管道内壁440的图像，第二摄像设备420的数量等于或大于三，相邻的第二拍摄设备420视角相互重叠，且所有的第二拍摄设备420视角叠加后能够覆盖整个管道内壁。具体地，请参考图2，第二摄像设备420设于连接部432的外周且以第一摄像设备410为中心呈圆周均布设置，由于后期需要对多个第二摄像设备420拍摄的图像进行拼接，相邻的第二摄像设备420所获取的图像需要无缝对接或可以重叠，避免出现图像拼接空白处或死角处而影响对管道内壁440破损、裂缝等状态的判断。例如，若第二摄像设备420的数量为六，则每一个第二摄像设备420的视角至少为60度，请参考图2，每一第二摄像设备420的视角a可选择为至少大于75度，以使相邻的第二摄像设备420之间有摄像重叠区域b(图中阴影重叠处)。

为了获得较好的拍摄效果，本实施方式中，第一摄像设备410及第二摄像设备420均为可变焦摄像头，且第一摄像设备410的可视距离为等于或大于3米，第二摄像设备420的可视距离为等于或大于0.2米。在其他实施方式中，还可以根据管道实际需求选择合适的可视距离，第一摄像设备410的可视距离可以小于3米，第二摄像设备420的可视距离也可以小于0.2米。进一步地，为了避免管道内光线不足影响图像清晰度，第一摄像设备410及第二摄像设备420周边均设有辅助照明装置(未在图中示出)。具体地，辅助照明装置为led灯。

请参考图1，车轮500可拆卸地设于车体100两侧，车轮500表面设有多个防滑沟槽510，以防止车体100在管道内滑移。本实施方式中，位于车体100两侧的两个车轮500之间的距离不可调。在其他实施方式中，还可以在两侧的车轮500之间加设可变径装置，使车体100两侧的两个车轮500之间的距离可调节，从而满足不同的管道管径需求。本实施方式中，车轮500的材质为橡胶，车体100的材质为铝合金或不锈钢。在其他实施方式中，车轮500的材质还可以为合成纤维，车体100的材质还可以为纳米纤维材料。进一步地，还设有测距仪(未在图中示出)，连接于车体100上，车体100置入待检测管道内时便于操作员在地面控制车体100，同时能够测量车体100相对于起始点在管道内移动的距离。具体地，测距仪为电缆绞盘。

上述的管道检测机器人10还包括控制系统600，请参考图3，控制系统600包括电性连接的电路板610、处理器620、驱动控制模块630、传感模块640、采集模块650、传输模块660及远程操作端670。

电路板610上设有处理器620，处理器620与驱动控制模块630连接，驱动控制模块630与驱动机构200连接以用于控制车体100移动、升降机构300的升降及摄像机构400的转动，传感模块640包括图像传感器、倾角传感器及位置传感器，图像传感器与摄像机构400连接以用于获取图像信息，倾角传感器设于车体100内以用于测量车体100移动时的倾斜角度，位置传感器设于车体100内以用于实时监测车体100的位置。处理器620与采集模块650连接，传感模块640将获取的图像、倾角及位置信息发送至处理器620，经处理器620再依次发送至采集模块650、传输模块660、远程操作端670。具体地，传输模块660为无线或有线通讯传输，远程操作端670包括操作键盘及显示屏，图像、倾角及位置信息均能够显示于显示屏上，通过操作键盘能够进行远程操控。

一实施例的管道检测方法20包括以下步骤：

将上述的管道检测机器人10置于待检测管道内，为了便于操作，利用吊装装置(未在图中示出)从竖井吊装置于待检测管道内，根据管道管径大小，通过远程操作端670控制升降机构300升降，使摄像机构400中的第一摄像设备410位于管道轴心处；

操控管道检测机器人10沿管道轴线边行进边拍摄，其中利用第一摄像设备410拍摄行进时正前方图像或视频，利用多个第二摄像设备420拍摄管道内壁440各视角图像或视频，具体地，通过远程操作端670控制驱动控制模块630，使车体100沿管道轴线边行进边拍摄；

将正前方及各视角图像经过处理后，用于判断管道破损、缝隙状态。具体地，第一摄像设备410及多个第二摄像设备420拍摄的图像经传感模块640、处理器620、采集模块650、传输模块660传输至远程操作端670，多个第二摄像设备420拍摄的各视角图像裁剪掉重叠部分后进行拼接处理，能够呈现于远程操作端670的显示屏上。第一摄像设备410及多个第二摄像设备420拍摄的各视角图像经过畸变矫正、裁剪、拼接处理后能够展开或立体显示于显示屏上，展开的图像上有具体位置及角度显示，能够让操作员快速识别管道破损、缝隙位置。

上述的管道机器人10，设有第一摄像设备410及多个第二摄像设备420，第一摄像设备410设于云台430的端部，多个第二摄像设备420设于云台430的外周且以第一摄像设备410为中心呈圆周均布设置，管道机器人10在管道中行进时，第一摄像设备410拍摄行进时正前方图像或视频，多个第二摄像设备420拍摄管道内壁440各视角的图像或视频，能够全方位、多视角进行管道内拍摄检测，使管道内整体图像清晰显示，提高管道检测拍摄效率及质量。

上述的管道检测方法20，通过上述的管道机器人10在管道内边行进边拍摄管道内图像或视频，并通过控制系统600将图像传输至远程操控端670，第一摄像设备410及多个第二摄像设备420拍摄的图像经过畸变矫正、裁剪、拼接处理后能够展开或立体显示于显示屏上，且展开的图像上有具体位置及角度显示，能够让操作员快速识别管道破损、缝隙位置，提高检测效率及准确性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。