CN103615663A

CN103615663A - 管道内况检测机器人

Info

Publication number: CN103615663A
Application number: CN201310552654.0A
Authority: CN
Inventors: 侯博正; 韩厚德; 韩星; 张兴奎; 黄艳
Original assignee: Jiangsu Normal University
Current assignee: Jiangsu Normal University
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: CN103615663B

Abstract

本发明公布一种对流体运输管道内部状况进行定期检查的管道内况检测机器人，属于检测机器人技术领域。包括为机器人提供电力的电源、控制机器人运动的驱动模块、与驱动模块相连的推进机构、对采集到的数据和外部指令进行处理的数据综合处理模块、用于信息传输的通信及数据传输模块、用于采集外部信息的多种参数感知模块和拍照记录存储模块。本发明能及时方便的检测管道内的具体状况并且检测范围大；不限定机器人能够进行采样的数据类型、参数种类，可由工程技术人员依据当前需求，自主改进，加装相应装置以满足测量目的。

Description

管道内况检测机器人

技术领域

本发明涉及检测机器人技术领域，具体是一种对流体运输管道内部状况进行定期检查的管道内况检测机器人。

背景技术

管道运输在当今社会的多种行业起到至关重要的作用，资源领域的油气运输、城市建筑的给排水、通风系统中，管道的使用都是必不可少的。但由于管道设计的复杂性与密闭性，在使用过程中的定期维护检测成为工程技术人员的一大难题，对于管道内部的实时状况采用固定设备进行监控，成本高，并且易受损坏。仪器设备长期处在某些特种物质中，其自身精度、采集数据的准确性难以为技术人员掌握。同时，固定设备仅能检测较小范围内的现场数据，并且不便更新换代，随管道使用年限增加，局部老化、损毁、囤积异物的现象可能无法及时发现并处理，极易引发相关事故，造成经济损失与环境破坏，给人们的生产生活带来不利影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于管道内部情况的多参数采集，从而进行综合分析的管道内况检测机器人。

本发明通过以下技术方案实现：一种管道内况检测机器人，包括为机器人提供电力的电源、控制机器人运动的驱动模块、与驱动模块相连的推进机构、对采集到的数据和外部指令进行处理的数据综合处理模块、用于信息传输的通信及数据传输模块、用于采集外部信息的多种参数感知模块和拍照记录存储模块；所述的驱动模块、多种参数感知模块和拍照记录存储模块分别与数据综合处理模块连接；所述的通信及数据传输模块连接起数据综合处理模块和对机器人进行辅助控制的外部监测控制器；所述的电源、驱动模块、数据综合处理模块、通信及数据传输模块和多种参数感知模块固定在推进机构内部；所述的拍照记录存储模块固定在推进机构前端。

其进一步是：所述的推进机构为旋进式推进结构，包括圆柱形中空主体、旋转式双叶锯齿形刀片、多个支撑轮和固定在主体后部的推进器；所述的刀片通过旋转轴固定在中空主体前端的；所述的旋转轴连接有直流电机；所述的支撑轮均匀固定在中空主体前端圆柱面上；所述的推进器包括电机、联轴器和驱动轮；所述的联轴器位于主体中心轴线上，联轴器一端连接电机，另一端连接驱动轮；所述的驱动轮位于主体后方，包括后气弹簧和与后气弹簧连接并沿管道内壁径向倾斜运动的后车轮。

所述的多种参数感知模块采用数字传感器进行数据采集，包括检测温度和湿度的温湿度传感器、检测管道内气体浓度的气体浓度传感器、检测管道内气压的环境气压传感器、检测管道内是否有漏光现象的光照度传感器和检测管道倾斜度和较大异物的重力传感器。

所述的数据综合处理模块采用MSP430系列单片机，对电源、驱动模块、通信及数据传输模块、多种参数感知模块显示及拍照记录存储模块集中管理。

所述的通信及数据传输模块采用无线方式与外部监测控制器相连。

所述的通信及数据传输模块采用有线方式与外部监测控制器相连。

所述的各模块采用总线式通用模块化控制方式。

所述的拍照记录存储模块包括摄像头、照明设备、数据存储卡和显示器。

机器人在执行任务前，先由工程技术人员依据管道种类配置设定好相应参数，将管道待测段节点打开放入本设备，固定好机器人与管道相对位置后，即可在相应管道内部进行自动化测量监控。检测过程中能实时对管道内的温湿度、特殊气体浓度、气压、光照度等参数进行测量。当遇到管道内囤积异物的情况，管道机器人会根据重力检测模块阈值报警，并启动摄像记录设备，对现场环境拍照定位，并与实时监测数据综合检测结果，存储备查，同时通过通信及数据传输模块向外部监测控制器反馈当前情况。

由于受机器人体积限制，对管道内异物的感知只能限定在某一直径范围内，故在精度要求较高的情况下，采用延时记录的方式，每间隔一段时间即对当前环境进行一次整体记录，将所拍摄的现场环境照片与多种参数整合存储，待机器人被回收时统一读取。

由于机器人采用旋进方式运行，可在管道内自由进退，当使用无线通讯模式时可设定检测结束节点，待机器人行进到一定位置即停止并报警，与理论位置配合，完成机器人的回收工作；另一种方式，可选择在机器人检测到超过预警环境及异物后，记录数据，原路返回初始投放位置。

管道内况检测机器人与外部监测控制器通讯因受具体管道环境影响，采用无线与有线两套方案；管道内况检测机器人执行任务期间采用自动控制运行，通过设备间通信方式可实现人工辅助操作；多种参数感知模块采用数字传感器进行数据采集，从而保障整体系统的精度；通过重力传感器获得的数据来掌握机器人行进过程中的实时姿态，借此判断是否遇上管道内存在的异物或管道自身的倾斜方向，同时决策进一步的行进方案；管道内况检测机器人前端的摄像头及照明设备，可对行进过程中遇到的异常情况拍照记录并能加载到显示器，拍照记录存储模块采用协处理单元的模式，与数据综合处理模块通过通讯方式关联，共同完成检测任务；本发明采用总线式通用模块化控制方式，可在一定程度上自由组合，达到设备成本与检测目的的最佳组合，方便检测机器人的技术升级。

本发明的优点包括：

1、能及时方便的检测管道内的具体状况并且检测范围大；

2、不限定机器人能够进行采样的数据类型、参数种类，可由工程技术人员依据当前需求，自主改进，加装相应装置以满足测量目的；

3、旋进式行进机构在适当的管道内可与管道内壁紧密贴合，使机器人行进方向与管道径向保持一致，从而能够自由进退，增强了本机器人的环境适应能力；

4、采用气弹簧作为轮轴支架，起到避震效果；

5、气压、光照与温湿度的配合检测可综合防范易燃易爆气体的在管道运输中可能产生的危害；

6、当行进过程中遇到较大障碍物时，双叶锯齿形刀片高速旋转，能对其进行清除处理。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是推进机构结构示意图；

图3是本发明工作流程图；

图4是本发明行进到管道上坡时示意图；

图5是本发明行进到管道下坡时示意图。

图2中：1、主体；2、支撑轮；21、前气弹簧；22、前车轮；3、联轴器；4、驱动轮；41、后气弹簧；42、后车轮；5、旋转轴；6、刀片。

具体实施方式

以下是本发明的一个具体实施例，结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种管道内况检测机器人，包括为机器人提供电力的电源、控制机器人运动的驱动模块、与驱动模块相连的推进机构、对采集到的数据和外部指令进行处理的数据综合处理模块、用于信息传输的通信及数据传输模块、用于采集外部信息的多种参数感知模块和拍照记录存储模块；驱动模块、多种参数感知模块和拍照记录存储模块分别与数据综合处理模块连接；通信及数据传输模块连接起数据综合处理模块和对机器人进行辅助控制的外部监测控制器；电源、驱动模块、数据综合处理模块、通信及数据传输模块和多种参数感知模块固定在推进机构内部；拍照记录存储模块固定在推进机构前端。

多种参数感知模块采用数字传感器进行数据采集，包括检测温度和湿度的温湿度传感器、检测管道内气体浓度的气体浓度传感器、检测管道内气压的环境气压传感器、检测管道内是否有漏光现象的光照度传感器和检测管道倾斜度和较大异物的重力传感器。

数据综合处理模块采用MSP430系列单片机，对电源、驱动模块、通信及数据传输模块、多种参数感知模块显示及拍照记录存储模块集中管理。

通信及数据传输模块采用有线方式与外部监测控制器相连。

各模块采用总线式通用模块化控制方式。

拍照记录存储模块包括摄像头、照明设备、数据存储卡和显示器。

如图2所示，推进机构为旋进式推进结构，包括圆柱形中空主体1、旋转式双叶锯齿形刀片6、多个支撑轮2和固定在主体后部的推进器；所述的刀片6通过旋转轴5固定在中空主体1前端的；所述的旋转轴5连接有直流电机；所述的支撑轮2均匀固定在中空主体1前端圆柱面上；所述的推进器包括电机、联轴器3和驱动轮4；所述的联轴器3位于主体1中心轴线上，联轴器3一端连接电机，另一端连接驱动轮4；所述的驱动轮4位于主体1后方，包括后气弹簧41和与后气弹簧41连接并沿管道内壁径向倾斜运动的后车轮42。

机器人在执行任务前，先由工程技术人员依据管道种类配置设定好相应参数，将管道待测段节点打开放入本设备，固定好机器人与管道相对位置后，即可在相应管道内部进行自动化测量监控。

如图3所示，本发明的工作过程是：

1、任务投入运行；

2、机器人行进、实时检测管道内况；若无异常状则继续前进、有异常状则报警、定位、数据采集回传、拍照记录存储；

所述的异常状是指湿度超出40%RH-60%RH范围、温度超出20℃-35℃范围、二氧化碳浓度大于1000ppm、气压小于1000hpa、管道内存在漏光现象(光照度大于10Lx)、遇到较大异物或管路倾斜；

3、判断是否继续前进；若继续前进则回到第二步，机器人行进、实时检测管道内况、若不继续前进则原路返回或定点回收；

判断是否继续前进的条件：根据重力传感器测得机器人的具体倾角，机器人遇到较大异物(倾角大于45°角)时，打开前置摄像及照明子系统，拍照记录，并整合多种环境参数，回传信息至外部监测控制器，有工程人员决定是否继续前进；行进过程遇到管道上坡仰角在45°角以内（如图4），根据重力测得具体倾角，调节相应驱动系统，平衡扭力与转速关系，达到最佳运行状态；当测得倾角大于45°角时通知外部监测控制器，由工程人员决断是否继续执行检测任务。遇到管道下坡俯角在45°角以内（如图5），根据重力测得具体倾角，调节相应驱动系统，减速下坡；当测得倾角大于45°角时通知外部监测控制器，由工程人员决断是否继续执行检测任务。

任务完成后，当机器人行进距离较短时（依据行进时间预估行进距离在15m以内），采用原路返回方式回收；当机器人行进距离较长时（预估行进距离在15m-50m之间），命令机器人停止行进，根据运行中产生的参数估计当前位置，同时机器人进行报警定位，综合两种方式得出的位置结果，打开相应管道节点，回收机器人（机器人检测设定最大距离为50m）。

Claims

1.一种管道内况检测机器人，其特征在于：包括为机器人提供电力的电源、控制机器人运动的驱动模块、与驱动模块相连的推进机构、对采集到的数据和外部指令进行处理的数据综合处理模块、用于信息传输的通信及数据传输模块、用于采集外部信息的多种参数感知模块和拍照记录存储模块；所述的驱动模块、多种参数感知模块和拍照记录存储模块分别与数据综合处理模块连接；所述的通信及数据传输模块连接起数据综合处理模块和对机器人进行辅助控制的外部监测控制器；所述的电源、驱动模块、数据综合处理模块、通信及数据传输模块和多种参数感知模块固定在推进机构内部；所述的拍照记录存储模块固定在推进机构前端。

2.根据权利要求1所述的管道内况检测机器人，其特征在于：所述的推进机构为旋进式推进结构，包括圆柱形中空主体（1）、旋转式双叶锯齿形刀片（6）、多个支撑轮（2）和固定在主体后部的推进器；所述的刀片（6）通过旋转轴（5）固定在中空主体（1）前端的；所述的旋转轴（5）连接有直流电机；所述的支撑轮（2）均匀固定在中空主体（1）前端圆柱面上；所述的推进器包括电机、联轴器（3）和驱动轮（4）；所述的联轴器（3）位于主体（1）中心轴线上，联轴器（3）一端连接电机，另一端连接驱动轮（4）；所述的驱动轮（4）位于主体（1）后方，包括后气弹簧（41）和与后气弹簧（41）连接并沿管道内壁径向倾斜运动的后车轮（42）。

3.根据权利要求1所述的管道内况检测机器人，其特征在于：所述的多种参数感知模块采用数字传感器进行数据采集，包括检测温度和湿度的温湿度传感器、检测管道内气体浓度的气体浓度传感器、检测管道内气压的环境气压传感器、检测管道内是否有漏光现象的光照度传感器和检测管道倾斜度和较大异物的重力传感器。

4.根据权利要求1所述的管道内况检测机器人，其特征在于：所述的数据综合处理模块采用MSP430系列单片机，对电源、驱动模块、通信及数据传输模块、多种参数感知模块显示及拍照记录存储模块集中管理。

5.根据权利要求1所述的管道内况检测机器人，其特征在于：所述的通信及数据传输模块采用无线方式与外部监测控制器相连。

6.根据权利要求1所述的管道内况检测机器人，其特征在于：所述的通信及数据传输模块采用有线方式与外部监测控制器相连。

7.根据权利要求1所述的管道内况检测机器人，其特征在于：所述的各模块采用总线式通用模块化控制方式。

8.根据权利要求1所述的管道内况检测机器人，其特征在于：所述的拍照记录存储模块包括摄像头、照明设备、数据存储卡和显示器。