本發(fā)明涉及一種管道檢測(cè)機(jī)器人，尤其涉及到基于視覺(jué)的管道檢測(cè)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

日常生活中存在各種各樣不同功能、不同尺寸的管道，如石油管道、煤氣管道、地下通訊線纜管道等。這些管道在使用前需要進(jìn)行檢測(cè)，以確保內(nèi)部沒(méi)有缺陷。在使用中也需要經(jīng)常對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行檢查，從而能及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁的情況和缺陷，便于對(duì)管道進(jìn)行維護(hù)。

針對(duì)不同的管徑的檢測(cè)機(jī)器人，機(jī)器人采用了伸縮式或滑塊式機(jī)構(gòu)，機(jī)器人在管道移動(dòng)過(guò)程中常常出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪打滑的現(xiàn)象，不能適應(yīng)大范圍變化的管徑，或者攝像頭的拍攝高度不能調(diào)節(jié)，影響了圖像拍攝的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：提供一個(gè)管道內(nèi)壁缺陷檢測(cè)機(jī)器人，通過(guò)管道機(jī)器人拍攝管道內(nèi)壁的圖像分析管道的缺陷情況。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種管道檢測(cè)機(jī)器人，包括移動(dòng)組件、升降組件、水平旋轉(zhuǎn)組件、俯仰組件、攝像頭以及控制單元；其中，

所述移動(dòng)組件設(shè)置于機(jī)器人的下部，用于在管道內(nèi)移動(dòng)；

所述水平旋轉(zhuǎn)組件設(shè)置在移動(dòng)組件上方，并且通過(guò)升降組件與移動(dòng)組件連接；

所述水平旋轉(zhuǎn)組件上連接所述俯仰組件，俯仰組件上固定攝像頭；

所述移動(dòng)組件、升降組件、水平旋轉(zhuǎn)組件、俯仰組件、攝像頭均與控制單元控制連接；

所述移動(dòng)組件包括：第一支撐平臺(tái)、轉(zhuǎn)向輪以及支撐角度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)輪組件，其中，所述第一支撐平臺(tái)的一端固定連接轉(zhuǎn)向輪，另一端連接所述支撐角度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)輪組件；

所述支撐角度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)輪組件包括：固定于第一支撐平臺(tái)端部的兩根螺桿；

輪架，輪架上連接驅(qū)動(dòng)輪以及輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述輪架可轉(zhuǎn)動(dòng)的套接于螺桿上，并通過(guò)螺母與第一支撐平臺(tái)之間相互固定；

還包括測(cè)距單元，測(cè)距單元設(shè)置于機(jī)器人的機(jī)身上與控制單元信號(hào)連接，用以判斷機(jī)器人是否移動(dòng)到管道轉(zhuǎn)彎處以及是否在管道的中間位置。

所述升降組件包括：第一支撐臂、第二支撐臂以及升降舵機(jī)，其中，所述升降舵機(jī)的一端固定在第一支撐臂下端，另外一端固定在第二支撐臂的上端，第一支撐臂的下端與移動(dòng)組件通過(guò)鉸鏈連接，第二支撐臂的上端通過(guò)鉸鏈與水平旋轉(zhuǎn)組件相連接。

所述水平旋轉(zhuǎn)組件包括：第二支撐平臺(tái)、回轉(zhuǎn)支承、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以及第一旋轉(zhuǎn)舵機(jī)；其中，第一旋轉(zhuǎn)舵機(jī)安裝在第二支撐平臺(tái)上，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)連接，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)安裝在回轉(zhuǎn)支撐上，回轉(zhuǎn)支撐安裝在第二支撐平臺(tái)上。

所述俯仰組件包括第二旋轉(zhuǎn)舵機(jī)、俯仰座、俯仰平臺(tái)以及安裝板，其中，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上安裝俯仰座，俯仰座具有弧形凹面，俯仰平臺(tái)底部具有與所述弧形凹面相配合的弧形凸面，俯仰平臺(tái)上設(shè)有軸孔，第二旋轉(zhuǎn)舵機(jī)通過(guò)安裝板安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，第二旋轉(zhuǎn)舵機(jī)的輸出軸與所述俯仰平臺(tái)上的軸孔配合連接。

所述測(cè)距單元包括安裝在第二支撐平臺(tái)前端中間位置處的一只縱向測(cè)距傳感器、以及對(duì)稱安裝于第二支撐平臺(tái)兩側(cè)位置處的兩只橫向測(cè)距傳感器，所述縱向測(cè)距傳感器和橫向測(cè)距傳感器均與所述控制單元信號(hào)連接。

所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括：大帶輪、小帶輪和同步帶，第一旋轉(zhuǎn)舵機(jī)的輸出軸穿過(guò)第二支撐平臺(tái)后與小帶輪連接，小帶輪和大帶輪之間安裝同步帶，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上設(shè)有豎軸，豎軸穿過(guò)第二支撐平臺(tái)后與所述大帶輪連接。

第一支撐平臺(tái)的上表面上安裝有4個(gè)安裝凸臺(tái)，用于安裝升降組件的第一支撐臂，第二支撐平臺(tái)的前段中間位置加工有螺紋孔，用于安裝轉(zhuǎn)向輪；第一支撐平臺(tái)的尾端加工兩根所述螺桿。

本發(fā)明還公開了一種基于所述的管道檢測(cè)機(jī)器人的管道檢測(cè)方法，針對(duì)不同直徑的管道，通過(guò)調(diào)整輪架相對(duì)于第一支撐平臺(tái)的安裝角度和轉(zhuǎn)向輪相對(duì)于第一支撐平臺(tái)的安裝高度，使轉(zhuǎn)向輪和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪與管道充分接觸；

橫向測(cè)距傳感器用于測(cè)量機(jī)器人距離管道左右兩側(cè)壁的第一距離，并將第一距離信號(hào)發(fā)送給控制單元，控制單元內(nèi)預(yù)先設(shè)有第一閾值，將第一距離與第一閾值進(jìn)行比較判斷機(jī)器人是否在管道的中間位置，若判斷機(jī)器人處于管道的中間位置，則控制單元控制機(jī)器人直線移動(dòng)，具體是：控制單元控制輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，管道檢測(cè)機(jī)器人直線移動(dòng)；

縱向測(cè)距傳感器用來(lái)測(cè)量機(jī)器人距離前面管壁的第二距離，并將第二距離信號(hào)發(fā)送給控制單元，控制單元內(nèi)預(yù)先設(shè)有第二閾值，將第二距離與第二閾值進(jìn)行比較判斷機(jī)器人是否移動(dòng)到管道轉(zhuǎn)彎處，當(dāng)判斷機(jī)器人處于管道轉(zhuǎn)彎處時(shí)，控制單元控制輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)彎，具體是：當(dāng)左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速高于右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，管道檢測(cè)機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎；當(dāng)右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速高于左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，管道檢測(cè)機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明一種管道檢測(cè)機(jī)器人便于人們對(duì)管道缺陷的檢測(cè)，減少了管道內(nèi)壁檢測(cè)的人工作業(yè)量，提高了管道缺陷的效率。具體優(yōu)點(diǎn)在于：

第一、該管道檢測(cè)機(jī)器人能改變圖片拍攝的高度，左右角度、俯仰角度，更好地對(duì)管道內(nèi)壁的全方位檢測(cè)；

第二、通過(guò)改變轉(zhuǎn)向輪的安裝高度和驅(qū)動(dòng)輪的安裝角度，可以使轉(zhuǎn)向輪和驅(qū)動(dòng)輪與管道充分接觸，避免了移動(dòng)過(guò)程打滑現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)使該管道檢測(cè)機(jī)器人能適用于不同直徑的管道檢測(cè)，擴(kuò)大了管道檢測(cè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍；

第三、安裝的縱向距離傳感器和橫向距離傳感器，可以感知機(jī)器人相對(duì)于管道內(nèi)壁的位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)彎和方位調(diào)整。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明管道檢測(cè)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是圖1的俯視圖(省略了攝像頭)；

圖4是移動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4的右視圖；

圖6是第一支撐平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖6俯視圖；

圖8移動(dòng)組件放置在小管道內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9移動(dòng)組件放置在大管道內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是升降組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是圖10的左視圖；

圖12是水平旋轉(zhuǎn)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是俯仰組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是圖13的a-a視圖；

圖15是圖13的俯視圖；

其中：1.轉(zhuǎn)向輪、2.第一支撐平臺(tái)、3.第一支撐臂、4.升降舵機(jī)、5.第二支撐臂、6.第二支撐平臺(tái)、7.縱向測(cè)距傳感器、8.回轉(zhuǎn)支承、9.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、10.第二旋轉(zhuǎn)舵機(jī)、11.攝像頭、12.大帶輪、13.同步帶、14.橫向測(cè)距傳感器、15.第一旋轉(zhuǎn)舵機(jī)、16.小帶輪、17.輪架、18.驅(qū)動(dòng)輪、19.俯仰座、20.俯仰平臺(tái)、21.安裝板、22.輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、23.管道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案。

如圖1至圖3所示，一種管道檢測(cè)機(jī)器人，包括：移動(dòng)組件、升降組件、水平旋轉(zhuǎn)組件、俯仰組件、縱向測(cè)距傳感器、橫向測(cè)距傳感器和攝像頭。

該管道檢測(cè)機(jī)器人能夠在管道里移動(dòng)，拍攝管道內(nèi)的圖像，機(jī)器人在管道移動(dòng)時(shí)，能自動(dòng)轉(zhuǎn)彎，在管道圖像拍攝過(guò)程中，能夠調(diào)整攝像頭的高度，左右角度和俯仰角度。

如圖4至圖5所示，所述移動(dòng)組件包括轉(zhuǎn)向輪1、第一支撐平臺(tái)2、輪架17、驅(qū)動(dòng)輪18和輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22。移動(dòng)組件負(fù)責(zé)機(jī)器人在管道內(nèi)移動(dòng)。

如圖6和7所示，第一支撐平臺(tái)2的上表面上安裝有4個(gè)安裝凸臺(tái)，用于安裝升降組件的第一支撐臂3，第一支撐平臺(tái)2的前段中間位置加工有螺紋孔，用于安裝轉(zhuǎn)向輪1，第一支撐平臺(tái)2的尾端加工有兩根水平安裝桿，用于安裝輪架17。

如圖4至圖7所示，轉(zhuǎn)向輪1通過(guò)螺紋機(jī)構(gòu)安裝在第一支撐平臺(tái)2上，輪架17安裝在平臺(tái)2尾端的水平安裝桿上，通過(guò)螺母(圖中省略沒(méi)畫)將輪架17壓緊在第一支撐平臺(tái)2上，保證輪架17不會(huì)繞第一支撐平臺(tái)2尾端的水平安裝桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22安裝在輪架17上，驅(qū)動(dòng)輪18安裝在輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22的軸上，且驅(qū)動(dòng)輪18位于輪架17的u型凹槽間。

管道檢測(cè)機(jī)器人有一個(gè)轉(zhuǎn)向輪1，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪18，當(dāng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪18轉(zhuǎn)速相同時(shí)，管道檢測(cè)機(jī)器人直線移動(dòng)；當(dāng)左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速高于右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，管道檢測(cè)機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎；當(dāng)右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速高于左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，管道檢測(cè)機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎。

如圖8和9所示，針對(duì)不同直徑的管道23，通過(guò)調(diào)整輪架17相對(duì)于第一支撐平臺(tái)2的安裝角度和轉(zhuǎn)向輪1相對(duì)于第一支撐平臺(tái)2的安裝高度，可以使轉(zhuǎn)向輪1和驅(qū)動(dòng)輪18與管道充分接觸，避免了移動(dòng)過(guò)程打滑現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)使該管道檢測(cè)機(jī)器人能適用于不同直徑的管道檢測(cè)，擴(kuò)大了管道檢測(cè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。

如圖10至圖11所示，所述升降組件，包括第一支撐臂3、升降舵機(jī)4、第二支撐臂5、和第二支撐平臺(tái)6。所述升降舵機(jī)4的一端固定在第二支撐臂5下端，另外一端固定在第一支撐臂3的上端，這樣第一支撐臂3和第二支撐臂5之間形成了“有動(dòng)力的鉸鏈連接”。第一支撐臂3的下端與移動(dòng)組件的第一支撐平臺(tái)通過(guò)鉸鏈連接，第二支撐臂5的上端通過(guò)鉸鏈與第二支撐平臺(tái)6相連接。所述升降舵機(jī)4的擺動(dòng)使得第一支撐臂3和第二支撐臂5發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)第二支撐平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)升降。

如圖12所示，所述水平旋轉(zhuǎn)組件包括回轉(zhuǎn)支承8、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9、大帶輪12、同步帶13、旋轉(zhuǎn)舵機(jī)15和小帶輪16。所述的旋轉(zhuǎn)舵機(jī)15安裝在升降組件的第二支撐平臺(tái)6的上方靠后中間位置，旋轉(zhuǎn)舵機(jī)15輸出軸穿過(guò)第二支撐平臺(tái)6與小帶輪16配合連接，所述回轉(zhuǎn)支撐8安裝在第二支撐平臺(tái)6上方靠前中間位置，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9安裝在回轉(zhuǎn)支撐8上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9的中間位置有豎軸，豎軸穿過(guò)第二支撐平臺(tái)6，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9的豎軸上安裝有大帶輪12，大帶輪12和小帶輪16之間安裝有同步帶16。旋轉(zhuǎn)舵機(jī)15旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)小帶輪13旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)大帶輪9旋轉(zhuǎn)，使得旋轉(zhuǎn)臺(tái)9旋轉(zhuǎn)。

如圖13至圖15所示，所述俯仰組件，包括第二旋轉(zhuǎn)舵機(jī)10、俯仰座19、俯仰平臺(tái)20、安裝板21。所述的第二旋轉(zhuǎn)舵機(jī)10通過(guò)安裝板21安裝在水平旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9上，所述的俯仰座19安裝旋轉(zhuǎn)平臺(tái)9上，所述的俯仰平臺(tái)20的半圓柱與俯仰座19的半圓孔過(guò)渡配合，俯仰平臺(tái)20半圓柱可以在俯仰座19的半圓孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，俯仰平臺(tái)20的中心位置加工有半圓柱孔，第二旋轉(zhuǎn)舵機(jī)10的軸與俯仰平臺(tái)20的中心位置的半圓柱孔過(guò)盈配合，這樣第二旋轉(zhuǎn)舵機(jī)10的擺動(dòng)就帶動(dòng)俯仰平臺(tái)20的擺動(dòng)。

攝像頭11固定安裝在俯仰平臺(tái)20的上表面。

如圖3所示，第二支撐平臺(tái)6的前端中間位置安裝有一只縱向測(cè)距傳感器7，第二支撐平臺(tái)6的中間兩側(cè)位置各安裝一只橫向測(cè)距傳感器14，縱向測(cè)距傳感器7用來(lái)測(cè)量機(jī)器人距離前面管壁的距離，用以判斷機(jī)器人是否移動(dòng)到管道轉(zhuǎn)彎處，橫向測(cè)距傳感器14用于測(cè)量機(jī)器人距離管道左右兩側(cè)壁的距離，判斷機(jī)器人是否在管道的中間位置。

一種基于所述的管道檢測(cè)機(jī)器人的管道檢測(cè)方法，具體是：

針對(duì)不同直徑的管道，通過(guò)調(diào)整輪架相對(duì)于第一支撐平臺(tái)的安裝角度和轉(zhuǎn)向輪相對(duì)于第一支撐平臺(tái)的安裝高度，使轉(zhuǎn)向輪和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪與管道充分接觸；

橫向測(cè)距傳感器用于測(cè)量機(jī)器人距離管道左右兩側(cè)壁的第一距離，并將第一距離信號(hào)發(fā)送給控制單元，控制單元內(nèi)預(yù)先設(shè)有第一閾值，將第一距離與第一閾值進(jìn)行比較判斷機(jī)器人是否在管道的中間位置，若判斷機(jī)器人處于管道的中間位置，則控制單元控制機(jī)器人直線移動(dòng)，具體是：控制單元控制輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，管道檢測(cè)機(jī)器人直線移動(dòng)；

縱向測(cè)距傳感器用來(lái)測(cè)量機(jī)器人距離前面管壁的第二距離，并將第二距離信號(hào)發(fā)送給控制單元，控制單元內(nèi)預(yù)先設(shè)有第二閾值，將第二距離與第二閾值進(jìn)行比較判斷機(jī)器人是否移動(dòng)到管道轉(zhuǎn)彎處，當(dāng)判斷機(jī)器人處于管道轉(zhuǎn)彎處時(shí)，控制單元控制輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的轉(zhuǎn)彎，具體是：當(dāng)左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速高于右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，管道檢測(cè)機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎；當(dāng)右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速高于左側(cè)驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，管道檢測(cè)機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎。