專利名稱：小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于管道機(jī)器人視覺檢測領(lǐng)域，涉及一種小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油、化工、給排水等許多管道工程中，都需要進(jìn)行管道檢測、疏通和維護(hù)等作業(yè)，管道機(jī)器人在完成這些工作中能夠發(fā)揮重要作用。管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于機(jī)器人管徑適應(yīng)范圍較窄，當(dāng)前對于大直徑管道機(jī)器人的研究已經(jīng)取得了比較多的成果，并且已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，而對于小直徑管道機(jī)器人來說，基本上還處在試驗(yàn)階段，還有許多問題有待研究解決。小型管道機(jī)器人視覺檢測裝置是一項(xiàng)值得研究的重要技術(shù)課題。因此，針對小直徑管道的特定環(huán)境，開發(fā)一種視覺檢測系統(tǒng)，安裝在小型管道機(jī)器人上，隨其進(jìn)入管道，采集、處理和分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管道檢測的目的，具有重要意義。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種視覺檢測系統(tǒng)，能夠快速安裝在小型管道機(jī)器人上，通過攝像頭部件的俯仰和軸向旋轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)的全面檢測。本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):視覺檢測系統(tǒng)，包括攝像頭裝置、俯仰傳動(dòng)裝置、軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置、防護(hù)裝置及控制系統(tǒng)，其特征在于:攝像頭裝置安裝在視覺檢測系統(tǒng)的前端，俯仰傳動(dòng)裝置和軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置在控制系統(tǒng)的控制下，可以帶動(dòng)攝像頭裝置實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)和軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，控制系統(tǒng)安裝在視覺檢測系統(tǒng)的后端，除控制俯仰傳動(dòng)裝置和軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的兩個(gè)電機(jī)夕卜，還可以控制攝像頭裝置中的音圈電機(jī)，用以調(diào)節(jié)攝像頭和C⑶板機(jī)的距離，實(shí)現(xiàn)調(diào)焦功能；并能夠控制攝像頭裝置中的燈光亮度，更清楚地觀察管道內(nèi)情況。防護(hù)裝置將攝像頭裝置、俯仰傳動(dòng)裝置、軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)聯(lián)結(jié)為一體并起到防護(hù)的作用。本實(shí)用新型技術(shù)方案的突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、易于實(shí)現(xiàn)，視覺檢測系統(tǒng)可以快速安裝于小型管道機(jī)器人上；通過俯仰傳動(dòng)裝置和軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置可以調(diào)節(jié)攝像頭裝置的俯仰角和軸向旋轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)全方位檢測管道；通過控制音圈電機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)攝像頭裝置的調(diào)焦功能；小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)能夠適用60-150_之間不同的管徑，滿足在線檢測的要求，應(yīng)用前景看好。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種一種小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)，其特征在于包括:采集視頻信號的攝像頭裝置；調(diào)節(jié)攝像頭裝置的俯仰角度的俯仰傳動(dòng)裝置；調(diào)節(jié)攝像頭裝置的軸向旋轉(zhuǎn)角度的軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置；保護(hù)攝像頭裝置、 俯仰傳動(dòng)裝置、軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的防護(hù)裝置；[0014]調(diào)節(jié)攝像頭裝置的俯仰角度、軸向旋轉(zhuǎn)角度的控制系統(tǒng)，其中所述攝像頭裝置被安裝在小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)的前端，并包括左連接塊、首圈電機(jī)、C⑶板機(jī)、鏡頭及右連接塊，所述俯仰傳動(dòng)裝置包括俯仰電機(jī)、左支撐板、右支撐板及傳動(dòng)帶，所述左連接塊和右連接塊的轉(zhuǎn)軸通過軸承分別固定在左支撐板和右支撐板上，俯仰電機(jī)固定在左支撐板和右支撐板上，通過傳動(dòng)帶把俯仰電機(jī)的動(dòng)力傳輸?shù)接疫B接塊上。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說明:


圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)的外觀示意圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)的控制系統(tǒng)原理圖。圖3是
圖1所示的實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記:I左支撐板 2左連接塊 3音圈電機(jī) 4C⑶板機(jī) 5攝像頭6右連接塊 7右支撐板 8帶傳動(dòng)9俯仰電機(jī)10旋轉(zhuǎn)體 11電機(jī)座 12固定座 13滑環(huán)底板14滑環(huán)座 15軸向旋轉(zhuǎn)電機(jī)16端蓋17螺柱18電路板 19后缸套 20軸承21前缸套 22透明罩 23防護(hù)罩 24快速接口
具體實(shí)施方式
參見
圖1、圖2和圖3，根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，分為攝像頭裝置、俯仰傳動(dòng)裝置、軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置、防護(hù)裝置及控制系統(tǒng)共5個(gè)模塊。攝像頭裝置安裝在視覺檢測系統(tǒng)的前端，包括左連接塊2、音圈電機(jī)3、C⑶板機(jī)4、鏡頭5及右連接塊6。各零件之間通過螺釘連接成一體。俯仰傳動(dòng)裝置包括俯仰電機(jī)9、左支撐板1、右支撐板7及傳動(dòng)帶8。俯仰電機(jī)9固定在左支撐板I和右支撐板7上，通過傳動(dòng)帶8把俯仰電機(jī)9的動(dòng)力傳輸?shù)接疫B接塊6上。攝像頭裝置中的左連接塊2和右連接塊6上的轉(zhuǎn)軸通過軸承分別固定在俯仰傳動(dòng)裝置的左支撐板1、右支撐板7上。該轉(zhuǎn)軸與左連接塊2、轉(zhuǎn)軸和右連接塊6是一體的。軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置包括旋轉(zhuǎn)體10、電機(jī)座11、固定座12、滑環(huán)底板13、滑環(huán)座14、軸向旋轉(zhuǎn)用電機(jī)15及軸向旋轉(zhuǎn)軸承20。其中旋轉(zhuǎn)體10、電機(jī)座11、滑環(huán)底板13和軸向旋轉(zhuǎn)用電機(jī)15通過螺釘連接，組成軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的可旋轉(zhuǎn)部分，可旋轉(zhuǎn)部分和軸向旋轉(zhuǎn)軸承20的內(nèi)圈過盈配合，一起旋轉(zhuǎn)；固定座12和滑環(huán)座14通過螺釘連接，組成軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的固定部分；俯仰傳動(dòng)裝置中的左支撐板1、右支撐板7和軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置可旋轉(zhuǎn)部件中的旋轉(zhuǎn)體10通過螺釘連接成一體。防護(hù)裝置包括端蓋16、后缸套19、前缸套21、透明罩22和防護(hù)罩23。軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置固定部分中的固定座12的下端通過螺紋與后缸套19連接，固定座12的上端通過螺紋與前缸套21下端連接；前缸套21中部和軸承20外圈過盈配合；前缸套21上端與透明罩22膠接在一起；防護(hù)罩23通過緊定螺釘固定在前缸套21上，起到保護(hù)作用；后缸套19下端通過螺紋與端蓋16連接，端蓋16中間裝有航空插座，用于快速連接相配套的小型管道機(jī)器人。為節(jié)約空間，控制系統(tǒng)的控制電路板18分為多層(圖3中顯示為三層)，用多個(gè)螺柱17連接成一體，電路板18上焊接有單片機(jī)及控制元器件。控制系統(tǒng)通過螺柱17和軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置固定部分的固定座12連接成一體。控制電路板18通過端蓋16上的航空插座與平板電腦或筆記本電腦相連，用于識另IJ、接收和處理電腦發(fā)出的控制信號，根據(jù)控制信號的要求實(shí)現(xiàn)攝像頭裝置的燈光亮度調(diào)節(jié)、俯仰角度調(diào)節(jié)、軸向旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)和攝像頭焦距調(diào)整。具體應(yīng)用時(shí)，根據(jù)本實(shí)用新型的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)通過快速接口 24被安裝在相配套的小型管道機(jī)器人上，隨小型管道機(jī)器人進(jìn)入管道。視覺檢測系統(tǒng)控制單元作為下位機(jī)通過串口通訊方式實(shí)時(shí)接收和解析作為上位機(jī)的平板電腦或筆記本電腦發(fā)出的指令，通過模擬量調(diào)節(jié)可以控制攝像頭5上燈光的亮度；通過控制俯仰傳動(dòng)裝置中俯仰電機(jī)9的轉(zhuǎn)動(dòng)，俯仰電機(jī)9的動(dòng)力經(jīng)由傳動(dòng)帶8傳遞至攝像頭裝置中的右連接塊6，從而實(shí)現(xiàn)攝像頭裝置的俯仰角度調(diào)節(jié)。通過控制軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置中的軸向旋轉(zhuǎn)電機(jī)15的轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向旋轉(zhuǎn)電機(jī)15的動(dòng)力經(jīng)由電機(jī)座11和旋轉(zhuǎn)體10而帶動(dòng)俯仰傳動(dòng)裝置和攝像頭裝置進(jìn)行軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)攝像頭裝置的軸向角度調(diào)節(jié)；通過滑環(huán)底板13和滑環(huán)座14的使用，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)攝像頭裝置的軸向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)。通過控制音圈電機(jī)3電流的大小，可以調(diào)節(jié)鏡頭5和CCD板機(jī)4的成像距離，從而實(shí)現(xiàn)攝像頭裝置的調(diào)焦功能。該視覺檢測系統(tǒng)采集的管道內(nèi)視頻信息通過數(shù)據(jù)線傳輸至平板電腦或筆記本電腦，供實(shí)時(shí)觀測或保存。
本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)具有長度150_，最大處直徑55mm。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)適用于約60-150_的管道直徑，在觀測管道內(nèi)情況時(shí)，可以根據(jù)需要調(diào)整攝像頭裝置的俯仰角度和軸向旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)全方位管道檢測，可以通過調(diào)整攝像頭燈光亮度和攝像頭焦距實(shí)現(xiàn)更清晰地采集視頻，為管道維修提供相應(yīng)的依據(jù)。以上僅是本實(shí)用新型的具體應(yīng)用范例，對本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)，其特征在于包括: 采集視頻信號的攝像頭裝置； 調(diào)節(jié)攝像頭裝置的俯仰角度的俯仰傳動(dòng)裝置； 調(diào)節(jié)攝像頭裝置的軸向旋轉(zhuǎn)角度的軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置； 保護(hù)攝像頭裝置、俯仰傳動(dòng)裝置、軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置的防護(hù)裝置； 調(diào)節(jié)攝像頭裝置的俯仰角度、軸向旋轉(zhuǎn)角度的控制系統(tǒng)， 其中 所述攝像頭裝置被安裝在小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)的前端，并包括左連接塊(2)、音圈電機(jī)(3 )、C⑶板機(jī)(4 )、鏡頭(5 )及右連接塊(6)， 所述俯仰傳動(dòng)裝置包括俯仰電機(jī)(9)、左支撐板(I)、右支撐板(7)及傳動(dòng)帶(8)，所述左連接塊(2)和右連接塊(6)的轉(zhuǎn)軸通過軸承分別固定在左支撐板(I)和右支撐板(7)上， 俯仰電機(jī)(9 )固定在左支撐板(I)和右支撐板(7 )上，通過傳動(dòng)帶(8 )把俯仰電機(jī)(9 )的動(dòng)力傳輸?shù)接疫B接塊(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)，其特征在于: 軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置包括一個(gè)可旋轉(zhuǎn)部分、一個(gè)固定部分、旋轉(zhuǎn)用電機(jī)(15 )及軸向旋轉(zhuǎn)軸承(20)， 其中， 所述可旋轉(zhuǎn)部分包括與軸向旋轉(zhuǎn)用電機(jī)(15)相連接的旋轉(zhuǎn)體(10)、電機(jī)座(11 )、滑環(huán)底板(13)， 所述固定部分包括相互連接的固定座(12)和滑環(huán)座(14)， 所述可旋轉(zhuǎn)部分和軸向旋轉(zhuǎn)軸承(20)的內(nèi)圈過盈配合，一起旋轉(zhuǎn)， 所述左支撐板(I )、右支撐板(7)與旋轉(zhuǎn)體(10)連接成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)，其特征在于: 防護(hù)裝置包括端蓋(16)、后缸套(19)、前缸套(21)、透明罩(22)和防護(hù)罩(23)， 所述固定座(12)的下端與后缸套(19)連接， 固定座(12)的上端與前缸套(21)的下端連接， 前缸套(21)的中部和軸向旋轉(zhuǎn)軸承(20)的外圈過盈配合， 前缸套(21)的上端與透明罩(22)連接在一起， 防護(hù)罩(23)被固定在前缸套(21)上， 后缸套(19)的下端通過螺紋與端蓋(16)連接， 端蓋(16)中間裝有與相配套的小型管道機(jī)器人相連接的航空插座。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)，其特征在于: 控制系統(tǒng)包括分為多層的控制電路板(18)，控制電路板(18)的各層用多個(gè)螺柱(17)連接，電路板(18)上焊接有單片機(jī)及控制元器件， 控制系統(tǒng)通過螺柱(17)和所述固定座(12)連接成一體， 控制電路板(18)通過端蓋(16)上的所述航空插座與一個(gè)上位機(jī)相連。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種小型管道機(jī)器人視覺檢測系統(tǒng)，適用于60-150mm之間的管道直徑，包括攝像頭裝置、俯仰傳動(dòng)裝置、軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置、防護(hù)裝置及控制系統(tǒng)。在觀測管道內(nèi)情況時(shí)，通過控制俯仰傳動(dòng)裝置中的電機(jī)，可以進(jìn)行攝像頭裝置的俯仰角度調(diào)節(jié)；通過控制軸向旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置中的電機(jī)，可以進(jìn)行攝像頭裝置的軸向旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)或360°無限制連續(xù)旋轉(zhuǎn)；通過控制模擬量輸出的大小，可以進(jìn)行攝像頭燈光亮度的調(diào)整；通過控制攝像頭裝置中的音圈電機(jī)電流大小，可以進(jìn)行攝像頭焦距的調(diào)整以便更清晰地觀察管道內(nèi)情況，為管道維修提供相應(yīng)的依據(jù)。
文檔編號F16L101/30GK203147157SQ201320054588
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者李天劍, 劉相權(quán), 尹利君 申請人:北京信息科技大學(xué)