本發(fā)明涉及一種管道檢測機器人，尤其涉及到基于視覺的管道檢測機器人。

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行檢測，以確保內(nèi)部沒有缺陷。在使用中也需要經(jīng)常對管道內(nèi)壁進行檢查，從而能及時發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁的情況和缺陷，便于對管道進行維護。

針對不同的管徑的檢測機器人，機器人采用了伸縮式或滑塊式機構(gòu)，機器人在管道移動過程中常常出現(xiàn)驅(qū)動輪打滑的現(xiàn)象，不能適應大范圍變化的管徑，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)實現(xiàn)要素：

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

為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種管道檢測機器人，包括移動組件、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，

所述移動組件設置于機器人的下部，用于在管道內(nèi)移動；

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

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；

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

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

輪架，輪架上連接驅(qū)動輪以及輪驅(qū)動機構(gòu)，所述輪架可轉(zhuǎn)動的套接于螺桿上，并通過螺母與第一支撐平臺之間相互固定；

還包括測距單元，測距單元設置于機器人的機身上與控制單元信號連接，用以判斷機器人是否移動到管道轉(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，其中，所述升降舵機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組件通過鉸鏈連接，第二支撐臂的上端通過鉸鏈與水平旋轉(zhuǎn)組件相連接。

所述水平旋轉(zhuǎn)組件包括：第二支撐平臺、回轉(zhuǎn)支承、旋轉(zhuǎn)平臺以及第一旋轉(zhuǎn)舵機；其中，第一旋轉(zhuǎn)舵機安裝在第二支撐平臺上，通過傳動機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)平臺連接，旋轉(zhuǎn)平臺安裝在回轉(zhuǎn)支撐上，回轉(zhuǎn)支撐安裝在第二支撐平臺上。

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

所述測距單元包括安裝在第二支撐平臺前端中間位置處的一只縱向測距傳感器、以及對稱安裝于第二支撐平臺兩側(cè)位置處的兩只橫向測距傳感器，所述縱向測距傳感器和橫向測距傳感器均與所述控制單元信號連接。

所述傳動機構(gòu)包括：大帶輪、小帶輪和同步帶，第一旋轉(zhuǎn)舵機的輸出軸穿過第二支撐平臺后與小帶輪連接，小帶輪和大帶輪之間安裝同步帶，旋轉(zhuǎn)平臺上設有豎軸，豎軸穿過第二支撐平臺后與所述大帶輪連接。

第一支撐平臺的上表面上安裝有4個安裝凸臺，用于安裝升降組件的第一支撐臂，第二支撐平臺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機器人的管道檢測方法，針對不同直徑的管道，通過調(diào)整輪架相對于第一支撐平臺的安裝角度和轉(zhuǎn)向輪相對于第一支撐平臺的安裝高度，使轉(zhuǎn)向輪和兩個驅(qū)動輪與管道充分接觸；

橫向測距傳感器用于測量機器人距離管道左右兩側(cè)壁的第一距離，并將第一距離信號發(fā)送給控制單元，控制單元內(nèi)預先設有第一閾值，將第一距離與第一閾值進行比較判斷機器人是否在管道的中間位置，若判斷機器人處于管道的中間位置，則控制單元控制機器人直線移動，具體是：控制單元控制輪驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動兩個驅(qū)動輪以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，管道檢測機器人直線移動；

縱向測距傳感器用來測量機器人距離前面管壁的第二距離，并將第二距離信號發(fā)送給控制單元，控制單元內(nèi)預先設有第二閾值，將第二距離與第二閾值進行比較判斷機器人是否移動到管道轉(zhuǎn)彎處，當判斷機器人處于管道轉(zhuǎn)彎處時，控制單元控制輪驅(qū)動機構(gòu)作出相應的轉(zhuǎn)彎，具體是：當左側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速高于右側(cè)驅(qū)動輪時，管道檢測機器人向右轉(zhuǎn)彎；當右側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速高于左側(cè)驅(qū)動輪時，管道檢測機器人向左轉(zhuǎn)彎。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明一種管道檢測機器人便于人們對管道缺陷的檢測，減少了管道內(nèi)壁檢測的人工作業(yè)量，提高了管道缺陷的效率。具體優(yōu)點在于：

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

第二、通過改變轉(zhuǎn)向輪的安裝高度和驅(qū)動輪的安裝角度，可以使轉(zhuǎn)向輪和驅(qū)動輪與管道充分接觸，避免了移動過程打滑現(xiàn)象的發(fā)生，同時使該管道檢測機器人能適用于不同直徑的管道檢測，擴大了管道檢測機器人的應用范圍；

第三、安裝的縱向距離傳感器和橫向距離傳感器，可以感知機器人相對于管道內(nèi)壁的位置，實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)彎和方位調(diào)整。

附圖說明

圖1為本發(fā)明管道檢測機器人的整體結(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是第一支撐平臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖6俯視圖；

圖8移動組件放置在小管道內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9移動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、3.第一支撐臂、4.升降舵機、5.第二支撐臂、6.第二支撐平臺、7.縱向測距傳感器、8.回轉(zhuǎn)支承、9.旋轉(zhuǎn)平臺、10.第二旋轉(zhuǎn)舵機、11.攝像頭、12.大帶輪、13.同步帶、14.橫向測距傳感器、15.第一旋轉(zhuǎn)舵機、16.小帶輪、17.輪架、18.驅(qū)動輪、19.俯仰座、20.俯仰平臺、21.安裝板、22.輪驅(qū)動機構(gòu)、23.管道。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，詳細描述本發(fā)明的具體實施方案。

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

該管道檢測機器人能夠在管道里移動，拍攝管道內(nèi)的圖像，機器人在管道移動時，能自動轉(zhuǎn)彎，在管道圖像拍攝過程中，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，所述移動組件包括轉(zhuǎn)向輪1、第一支撐平臺2、輪架17、驅(qū)動輪18和輪驅(qū)動機構(gòu)22。移動組件負責機器人在管道內(nèi)移動。

如圖6和7所示，第一支撐平臺2的上表面上安裝有4個安裝凸臺，用于安裝升降組件的第一支撐臂3，第一支撐平臺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通過螺紋機構(gòu)安裝在第一支撐平臺2上，輪架17安裝在平臺2尾端的水平安裝桿上，通過螺母(圖中省略沒畫)將輪架17壓緊在第一支撐平臺2上，保證輪架17不會繞第一支撐平臺2尾端的水平安裝桿轉(zhuǎn)動。

輪驅(qū)動機構(gòu)22安裝在輪架17上，驅(qū)動輪18安裝在輪驅(qū)動機構(gòu)22的軸上，且驅(qū)動輪18位于輪架17的u型凹槽間。

管道檢測機器人有一個轉(zhuǎn)向輪1，兩個驅(qū)動輪18，當兩個驅(qū)動輪18轉(zhuǎn)速相同時，管道檢測機器人直線移動；當左側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速高于右側(cè)驅(qū)動輪時，管道檢測機器人向右轉(zhuǎn)彎；當右側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速高于左側(cè)驅(qū)動輪時，管道檢測機器人向左轉(zhuǎn)彎。

如圖8和9所示，針對不同直徑的管道23，通過調(diào)整輪架17相對于第一支撐平臺2的安裝角度和轉(zhuǎn)向輪1相對于第一支撐平臺2的安裝高度，可以使轉(zhuǎn)向輪1和驅(qū)動輪18與管道充分接觸，避免了移動過程打滑現(xiàn)象的發(fā)生，同時使該管道檢測機器人能適用于不同直徑的管道檢測，擴大了管道檢測機器人的應用范圍。

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4、第二支撐臂5、和第二支撐平臺6。所述升降舵機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“有動力的鉸鏈連接”。第一支撐臂3的下端與移動組件的第一支撐平臺通過鉸鏈連接，第二支撐臂5的上端通過鉸鏈與第二支撐平臺6相連接。所述升降舵機4的擺動使得第一支撐臂3和第二支撐臂5發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，從而帶動第二支撐平臺上下運動，實現(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9、大帶輪12、同步帶13、旋轉(zhuǎn)舵機15和小帶輪16。所述的旋轉(zhuǎn)舵機15安裝在升降組件的第二支撐平臺6的上方靠后中間位置，旋轉(zhuǎn)舵機15輸出軸穿過第二支撐平臺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6上方靠前中間位置，旋轉(zhuǎn)平臺9安裝在回轉(zhuǎn)支撐8上，旋轉(zhuǎn)平臺9的中間位置有豎軸，豎軸穿過第二支撐平臺6，旋轉(zhuǎn)平臺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15旋轉(zhuǎn)帶動小帶輪13旋轉(zhuǎn)，從而帶動大帶輪9旋轉(zhuǎn)，使得旋轉(zhuǎn)臺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10、俯仰座19、俯仰平臺20、安裝板21。所述的第二旋轉(zhuǎn)舵機10通過安裝板21安裝在水平旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)平臺9上，所述的俯仰座19安裝旋轉(zhuǎn)平臺9上，所述的俯仰平臺20的半圓柱與俯仰座19的半圓孔過渡配合，俯仰平臺20半圓柱可以在俯仰座19的半圓孔中轉(zhuǎn)動，俯仰平臺20的中心位置加工有半圓柱孔，第二旋轉(zhuǎn)舵機10的軸與俯仰平臺20的中心位置的半圓柱孔過盈配合，這樣第二旋轉(zhuǎn)舵機10的擺動就帶動俯仰平臺20的擺動。

攝像頭11固定安裝在俯仰平臺20的上表面。

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

一種基于所述的管道檢測機器人的管道檢測方法，具體是：

針對不同直徑的管道，通過調(diào)整輪架相對于第一支撐平臺的安裝角度和轉(zhuǎn)向輪相對于第一支撐平臺的安裝高度，使轉(zhuǎn)向輪和兩個驅(qū)動輪與管道充分接觸；

橫向測距傳感器用于測量機器人距離管道左右兩側(cè)壁的第一距離，并將第一距離信號發(fā)送給控制單元，控制單元內(nèi)預先設有第一閾值，將第一距離與第一閾值進行比較判斷機器人是否在管道的中間位置，若判斷機器人處于管道的中間位置，則控制單元控制機器人直線移動，具體是：控制單元控制輪驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動兩個驅(qū)動輪以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，管道檢測機器人直線移動；

縱向測距傳感器用來測量機器人距離前面管壁的第二距離，并將第二距離信號發(fā)送給控制單元，控制單元內(nèi)預先設有第二閾值，將第二距離與第二閾值進行比較判斷機器人是否移動到管道轉(zhuǎn)彎處，當判斷機器人處于管道轉(zhuǎn)彎處時，控制單元控制輪驅(qū)動機構(gòu)作出相應的轉(zhuǎn)彎，具體是：當左側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速高于右側(cè)驅(qū)動輪時，管道檢測機器人向右轉(zhuǎn)彎；當右側(cè)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速高于左側(cè)驅(qū)動輪時，管道檢測機器人向左轉(zhuǎn)彎。