CN103123030B - 小型管道机器人视觉检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种小型管道机器人视觉检测系统，适用于60-150mm之间的管道直径，包括摄像头装置、俯仰传动装置、轴向旋转传动装置、防护装置及控制系统。在观测管道内情况时，通过控制俯仰传动装置中的电机，可以进行摄像头装置的俯仰角度调节；通过控制轴向旋转传动装置中的电机，可以进行摄像头装置的轴向旋转角度调节或360°无限制连续旋转；通过控制模拟量输出的大小，可以进行摄像头灯光亮度的调整；通过控制摄像头装置中的音圈电机电流大小，可以进行摄像头焦距的调整以便更清晰地观察管道内情况，为管道维修提供相应的依据。

Description

小型管道机器人视觉检测系统
技术领域
本发明属于管道机器人视觉检测领域，涉及一种小型管道机器人视觉检测系统。
背景技术
在石油、化工、给排水等许多管道工程中，都需要进行管道检测、疏通和维护等作业，管道机器人在完成这些工作中能够发挥重要作用。管道机器人的设计难点在于机器人管径适应范围较窄，当前对于大直径管道机器人的研究已经取得了比较多的成果，并且已经进入实用阶段，而对于小直径管道机器人来说，基本上还处在试验阶段，还有许多问题有待研究解决。小型管道机器人视觉检测装置是一项值得研究的重要技术课题。
因此，针对小直径管道的特定环境，开发一种视觉检测系统，安装在小型管道机器人上，随其进入管道，采集、处理和分析数据，实现管道检测的目的，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种视觉检测系统，能够快速安装在小型管道机器人上，通过摄像头部件的俯仰和轴向旋转两个自由度的运动，实现管道内的全面检测。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
视觉检测系统，包括摄像头装置、俯仰传动装置、轴向旋转传动装置、防护装置及控制系统，其特征在于：摄像头装置安装在视觉检测系统的前端，俯仰传动装置和轴向旋转传动装置在控制系统的控制下，可以带动摄像头装置实现俯仰运动和轴向旋转运动，控制系统安装在视觉检测系统的后端，除控制俯仰传动装置和轴向旋转传动装置的两个电机外，还可以控制摄像头装置中的音圈电机，用以调节摄像头和CCD板机的距离，实现调焦功能；并能够控制摄像头装置中的灯光亮度，更清楚地观察管道内情况。防护装置将摄像头装置、俯仰传动装置、轴向旋转传动装置、控制系统联结为一体并起到防护的作用。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明结构紧凑、易于实现，视觉检测系统可以快速安装于小型管道机器人上；通过俯仰传动装置和轴向旋转传动装置可以调节摄像头装置的俯仰角和轴向旋转角，实现全方位检测管道；通过控制音圈电机电流，实现摄像头装置的调焦功能；小型管道机器人视觉检测系统能够适用60-150mm之间不同的管径，满足在线检测的要求，应用前景看好。
根据本发明的一个方面，提供了一种小型管道机器人视觉检测系统，其特征在于包括：
摄像头装置，用于采集视频信号；
俯仰传动装置，用于进行摄像头装置的俯仰角度调节；
轴向旋转传动装置，用于进行摄像头装置的轴向旋转角度调节；
防护装置，用于对摄像头装置、俯仰传动装置、轴向旋转传动装置进行保护；
控制系统，用于作为下位机来识别、接收和处理外部的一个上位机发出的控制信号，根据控制信号的要求实现摄像头装置的俯仰角度调节、轴向旋转角度调节。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1是根据本发明的一个实施例的小型管道机器人视觉检测系统的外观示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的小型管道机器人视觉检测系统的控制系统原理图。
图3是图1所示的实施例的剖面结构示意图。
附图标记：
1左支撑板  2左连接块       3音圈电机  4CCD板机    5摄像头
6右连接块  7右支撑板       8带传动    9俯仰电机
10旋转体   11电机座        12固定座   13滑环底板
14滑环座   15轴向旋转电机  16端盖
17螺柱     18电路板        19后缸套   20轴承
21前缸套   22透明罩        23防护罩   24快速接口
具体实施方式
参见图1、图2和图3，根据本发明的一个实施例的小型管道机器人视觉检测系统采用模块化设计，分为摄像头装置、俯仰传动装置、轴向旋转传动装置、防护装置及控制系统共5个模块。
摄像头装置安装在视觉检测系统的前端，包括左连接块2、音圈电机3、CCD板机4、镜头5及右连接块6。各零件之间通过螺钉连接成一体。
俯仰传动装置包括俯仰电机9、左支撑板1、右支撑板7及传动带8。俯仰电机9固定在左支撑板1和右支撑板7上，通过传动带8把俯仰电机9的动力传输到右连接块6上。摄像头装置中的左连接块2和右连接块6上的转轴通过轴承分别固定在俯仰传动装置的左支撑板1、右支撑板7上。该转轴与左连接块2、转轴和右连接块6是一体的。
轴向旋转传动装置包括旋转体10、电机座11、固定座12、滑环底板13、滑环座14、轴向旋转用电机15及轴向旋转轴承20。其中旋转体10、电机座11、滑环底板13和轴向旋转用电机15通过螺钉连接，组成轴向旋转传动装置的可旋转部分，可旋转部分和轴向旋转轴承20的内圈过盈配合，一起旋转；固定座12和滑环座14通过螺钉连接，组成轴向旋转传动装置的固定部分；俯仰传动装置中的左支撑板1、右支撑板7和轴向旋转传动装置可旋转部件中的旋转体10通过螺钉连接成一体。
防护装置包括端盖16、后缸套19、前缸套21、透明罩22和防护罩23。轴向旋转传动装置固定部分中的固定座12的下端通过螺纹与后缸套19连接，固定座12的上端通过螺纹与前缸套21下端连接；前缸套21中部和轴承20外圈过盈配合；前缸套21上端与透明罩22胶接在一起；防护罩23通过紧定螺钉固定在前缸套21上，起到保护作用；后缸套19下端通过螺纹与端盖16连接，端盖16中间装有航空插座，用于快速连接相配套的小型管道机器人。
为节约空间，控制系统的控制电路板18分为多层（图3中显示为三层），用多个螺柱17连接成一体，电路板18上焊接有单片机及控制元器件。控制系统通过螺柱17和轴向旋转传动装置固定部分的固定座12连接成一体。
控制电路板18通过端盖16上的航空插座与平板电脑或笔记本电脑相连，用于识别、接收和处理电脑发出的控制信号，根据控制信号的要求实现摄像头装置的灯光亮度调节、俯仰角度调节、轴向旋转角度调节和摄像头焦距调整。
具体应用时，根据本发明的小型管道机器人视觉检测系统通过快速接口24被安装在相配套的小型管道机器人上，随小型管道机器人进入管道。视觉检测系统控制单元作为下位机通过串口通讯方式实时接收和解析作为上位机的平板电脑或笔记本电脑发出的指令，通过模拟量调节可以控制摄像头5上灯光的亮度；通过控制俯仰传动装置中俯仰电机9的转动，俯仰电机9的动力经由传动带8传递至摄像头装置中的右连接块6，从而实现摄像头装置的俯仰角度调节。通过控制轴向旋转传动装置中的轴向旋转电机15的转动，轴向旋转电机15的动力经由电机座11和旋转体10而带动俯仰传动装置和摄像头装置进行轴向转动，从而实现摄像头装置的轴向角度调节；通过滑环底板13和滑环座14的使用，可进一步实现摄像头装置的轴向360°连续旋转。通过控制音圈电机3电流的大小，可以调节镜头5和CCD板机4的成像距离，从而实现摄像头装置的调焦功能。该视觉检测系统采集的管道内视频信息通过数据线传输至平板电脑或笔记本电脑，供实时观测或保存。
本发明的一个具体实施例的小型管道机器人视觉检测系统具有长度150mm，最大处直径55mm。
根据本发明的一个实施例的小型管道机器人视觉检测系统适用于约60-150mm的管道直径，在观测管道内情况时，可以根据需要调整摄像头装置的俯仰角度和轴向旋转角度实现全方位管道检测，可以通过调整摄像头灯光亮度和摄像头焦距实现更清晰地采集视频，为管道维修提供相应的依据。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种小型管道机器人视觉检测系统，其特征在于包括：
摄像头装置，用于采集视频信号；
俯仰传动装置，用于进行摄像头装置的俯仰角度调节；
轴向旋转传动装置，用于进行摄像头装置的轴向旋转角度调节；
防护装置，用于对摄像头装置、俯仰传动装置、轴向旋转传动装置进行保护；
控制系统，用于作为下位机来识别、接收和处理外部的一个上位机发出的控制信号，根据控制信号的要求实现摄像头装置的俯仰角度调节、轴向旋转角度调节；
快速接口(24)，用于把小型管道机器人视觉检测系统安装在相配套的小型管道机器人上，
其中
摄像头装置被安装在小型管道机器人视觉检测系统的前端，包括左连接块(2)、音圈电机(3)、CCD板机(4)、镜头(5)及右连接块(6),
通过控制音圈电机(3)电流的大小，调节镜头(5)和CCD板机(4)的成像距离，从而实现摄像头装置的调焦功能，
所述俯仰传动装置包括俯仰电机(9)、左支撑板(1)、右支撑板(7)及传动带(8)，
所述左连接块(2)和右连接块(6)的转轴通过轴承分别固定在左支撑板(1)和右支撑板(7)上，
俯仰电机(9)固定在左支撑板(1)和右支撑板(7)上，通过传动带(8)把俯仰电机(9)的动力传输到右连接块(6)上。
2.根据权利要求1的小型管道机器人视觉检测系统，其特征在于：
轴向旋转传动装置包括一个可旋转部分、一个固定部分、旋转用电机(15)及轴向旋转轴承(20)，
其中，
所述可旋转部分包括与轴向旋转用电机(15)相连接的旋转体(10)、电机座(11)、滑环底板(13)，
所述固定部分包括相互连接的固定座(12)和滑环座(14)，
所述可旋转部分和轴向旋转轴承(20)的内圈过盈配合，一起旋转，
所述左支撑板(1)、右支撑板(7)与旋转体(10)连接成一体。
3.根据权利要求2的小型管道机器人视觉检测系统，其特征在于：
防护装置包括端盖(16)、后缸套(19)、前缸套(21)、透明罩(22)和防护罩(23)，
所述固定座(12)的下端与后缸套(19)连接，
固定座(12)的上端与前缸套(21)的下端连接，
前缸套(21)的中部和轴向旋转轴承(20)的外圈过盈配合，
前缸套(21)的上端与透明罩(22)连接在一起，
防护罩(23)被固定在前缸套(21)上，
后缸套(19)的下端通过螺纹与端盖(16)连接，
端盖(16)中间装有航空插座，用于与相配套的小型管道机器人相连接。
4.根据权利要求3的小型管道机器人视觉检测系统，其特征在于：
控制系统包括分为多层的控制电路板(18)，控制电路板(18)的各层用多个螺柱(17)连接，电路板(18)上焊接有单片机及控制元器件，
控制系统通过螺柱(17)和所述固定座(12)连接成一体，
控制电路板(18)通过端盖(16)上的所述航空插座与一个上位机相连，用于识别、接收和处理电脑发出的控制信号，根据控制信号的要求实现摄像头装置的灯光亮度调节、俯仰角度调节、轴向旋转角度调节和摄像头焦距调整。
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