CN104816301B - 一种基于3d成像的封闭空间清理装置及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D成像的封闭空间清理装置及操作方法，其特征在于：包括视频系统以及操作装置；所述视频系统包括前端光源、操作杆、摄像装置以及成像装置；其中所述前端光源设置于所述操作杆前端端头处；所述摄像装置设置于所述操作杆前端侧壁上，并能够以所述操作杆前端侧壁为固定端，进行延伸或者压缩的往复运动；所述成像装置用于与接收摄像装置采集的摄像数据进行3D成像显示；所述操作装置包括取物杆以及机械手，其中所述机械手设置于所述取物杆前端。本发明具有成像清晰、无观察死角、摄像头为可折叠伸缩结构，可操作性高等优点。

Description

一种基于3D成像的封闭空间清理装置及操作方法

技术领域

本发明涉及一种化工机械制造产品及核电反应堆压力容器，具体地说是一种基于3D成像的封闭空间清理装置及操作方法。

背景技术

现有的大型换热器、核电反应堆压力容器、蒸汽发生器及特殊化工容器因其复杂的内部结构，易形成查看及操作死角，死角内的异物无法用常规手段查看清理，通常会使用潜望镜或光纤窥镜协助操作进行清理，但是使用上述器件则存在如成像不清晰，缺乏立体感，难以判断操作工具及异物件的空间位置关系，造成操作困难等问题；同时现有的清理装置其可操作性也不佳。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种基于3D成像的封闭空间清理装置及操作方法，其具有成像清晰、无观察死角、摄像头为可折叠伸缩结构，可操作性高等优点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种基于3D成像的封闭空间清理装置，其特征在于：

包括视频系统以及操作装置；

所述视频系统包括前端光源、操作杆、摄像装置以及成像装置；其中所述前端光源设置于所述操作杆前端端头处；所述摄像装置设置于所述操作杆前端侧壁上，并能够以所述操作杆前端侧壁为固定端，进行延伸或者压缩的往复运动；所述成像装置用于与接收摄像装置采集的摄像数据进行3D成像显示；

所述操作装置包括取物杆以及机械手，其中所述机械手设置于所述取物杆前端。

作为优选，所述摄像装置包括：通过弹簧夹设置于所述操作杆前端侧壁上，用于采集摄像数据的摄像头。

进一步的，所述摄像装置至少需要两组相互平行弹簧夹；且所述弹簧夹能够使得所述摄像装置在完全压缩状态时，能够贴附于所述操作杆前端侧壁上；同时使得所述摄像装置在完全延伸状态时，能够延伸至所述前端光源的最大外径的外围。

作为优选，所述视频系统还包括操作线以及设置于操作杆后端，并能够相对于所述操作杆后端端面进行旋转的操作手柄，其中所述操作线一端设置于所述摄像装置上，另一端设置于所述操作手柄上，使得操作手柄在旋转时能够带动所述操作线进行拉紧或者松开运动，进而使得所述摄像装置在所述操作线进行拉紧或者松开过程调整所述摄像装置张开程度即实现所述摄像装置延伸或者压缩的往复运动。

作为优选，所述操作杆包括操作杆前端以及操作杆后端；所述操作杆前端直径小于操作杆后端直径。

作为优选，所述操作装置还包括销轴、取物手柄以及控制线；所述销轴设置于所述取物杆前端，并使得所述机械手能够通过该销轴进行旋转运动；所述取物手柄设置于所述取物杆后端，并能够相对于所述取物杆后端端面进行旋转；所述控制线一端设置于所述机械手上，另一端设置于所述取物手柄上，使得取物手柄在旋转时能够带动所述控制线进行拉紧或者松开运动，进而使得所述机械手在所述控制线进行拉紧或者松开过程中进行夹持或者松开的操作。

进一步的，所述机械手为两个通过所述销轴相对于设置于所述取物杆前端的夹持臂结构。

所述夹持臂结构包括前端夹持杆以及后端动力杆；其中所述后端动力杆之间设置张口弹簧，并将所述控制线一端设置于所述张口弹簧上，另一端设置于所述取物手柄上，使得取物手柄在旋转时带动所述控制线进行拉紧或者松开运动，进而使得所述后端动力杆在所述控制线的拉紧或者松开过程中进行压合或者松开操作；同时所述前端夹持杆随着所述后端动力杆压合或者松开操作进行物体夹持或者松开的操作。

作为优选，所述前端光源前端为圆球状或圆锥状。

本发明还提供一种基于上述3D成像的封闭空间清理装置的操作方法，其包括：

A、伸入所述视频系统：首先通过旋转操作手柄，将操作线拉紧，使得摄像装置紧贴于操作杆前端侧壁上；随后将所述视频系统伸入到待清理的封闭空间内后，反向旋转操作手柄使得操作线松开，进而使得摄像装置延伸后，摄像头能延伸到前端光源最大外径的外侧，调整前端光源亮度便于成像装置将拍摄的空间内的异物进行3D图像呈现显示；

B、伸入操作装置：将操作装置伸入封闭空间内，通过成像装置3D显示图像，调整操作装置角度及伸入位置，使得机械手接触到异物，并旋转取物手柄，使得取物手柄在旋转时带动控制线进行拉紧运动，进而使得机械手夹持住该异物；

C、将异物从封闭空间取出；

D、完成一个异物清理工作后，再次将取出清理装置伸入封闭空间，重复上述步骤，进行其它异物清理工作，直至全部异物清理完成。

与现有技术相比，本发明特别适用于化工容器制造异物清理作业等领域使用，具体包括如下优点：

1、成像技术采用的是3D成像技术，便于操作人员判断异物及操作工具间空间关系，保证取出成功率及效率，可降低操作人员劳动强度、节省人力资源同时3D成像具有清晰度高、无观察死角等，保证清理效率及最终确认检查；

2、摄像装置为可折叠伸缩结构，便于通过狭小空间，不会被管孔等卡住。

3、机械手结构简单、使用方便，夹持异物准确性高。

附图说明

图1为本发明所述视频系统结构示意图；

图2为本发明所述视频系统前端光源以及摄像装置位置关系结构示意图；

图3为本发明所述操作装置结构示意图。

图中：1、视频系统，11、操作杆，12、摄像头，13、弹簧夹，14、前端光源，15、操作线，16、信号线，17、图像处理器，18、显示器，19、操作手柄，2、操作装置，21、取物杆，22、机械手，221、前端夹持杆，222、后端动力杆，223、夹持端头，23、销轴，24张口弹簧，25、控制线，26、取物手柄。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-图3所示，一种基于3D成像的封闭空间清理装置，包括用于对空间异物进行3D成像显示的视频系统以及用于夹持清理异物的操作装置。

所述视频系统1包括前端光源14、操作杆11、摄像装置、成像装置、操作线15以及操作手柄19。

其中所述前端光源14设置于所述操作杆11前端端头处，作为优选，所述前端光源前端14为圆球状或圆锥状。

所述操作杆11包括操作杆前端以及操作杆后端；为了便于摄像装置压缩状态时能够贴附于所述操作杆前端侧壁上，同时不扩大视频系统整体结构的最大外径，将所述操作杆前端直径设置未小于操作杆后端直径，优选的，使得摄像装置完全压缩状态贴附于操作杆前端上时，其直径也不大于操作杆后端直径。同时可将操作杆前端与操作杆后端之间设置一个斜台结构，如图1所示。

所述摄像装置包括用于采集摄像数据的摄像头12以及将摄像头12设置于所述操作杆11前端侧壁上的弹簧夹13，设置弹簧夹13目的是能够使得摄像头12以所述操作杆前端侧壁为固定端，随着操作线15拉紧或者松开进行延伸或者压缩的往复运动；如图1、图2所示，所述摄像装置为两组。

进一步的，所述每一摄像头12均至少需要两组相互平行弹簧夹13；且所述弹簧夹13能够使得所述摄像装置在完全压缩状态时，能够贴附于所述操作杆前端侧壁上；同时使得所述摄像装置在完全延伸状态时，能够延伸至所述前端光源14的最大外径的外围，以避免前端光源14遮挡摄像头，影响拍摄效果。

所述成像装置用于与接收摄像装置采集的摄像数据进行3D成像显示；其包括图像处理器17以及显示器18，成像装置通过信号线16与摄像头12连接。

所述操作手柄19设置于操作杆11后端，并能够相对于所述操作杆后端端面进行旋转，通过操作手柄19的旋转或者反向旋转实现操作线15的拉紧或者松开。

所述操作线15一端设置于所述摄像装置上(一般是在摄像头12上)，另一端设置于所述操作手柄19上，使得操作手柄19在旋转时能够带动所述操作线15进行拉紧或者松开运动，进而使得所述摄像装置在所述操作线15进行拉紧或者松开过程调整所述摄像装置张开程度即实现所述摄像装置延伸或者压缩的往复运动。

所述操作装置2包括取物杆21、销轴23、取物手柄26、控制线25以及机械手22。

所述销轴23设置于所述取物杆21前端，用于固定所述机械手22并使得能够机械手22通过该销轴23进行旋转运动。

所述取物手柄26设置于所述取物杆21后端，并能够相对于所述取物杆21后端端面进行旋转；同时所述控制线25一端设置于所述机械手22上，另一端设置于所述取物手柄26上，使得取物手柄26在旋转时能够带动所述控制线25进行拉紧或者松开运动，进而使得所述机械手22在所述控制线25进行拉紧或者松开过程中进行夹持或者松开的操作。

所述机械手22设置于所述取物杆21前端，且所述机械手22为两个通过所述销轴23相对于设置于所述取物杆前端的夹持臂结构，如图3所示。

所述夹持臂结构包括前端夹持杆221以及后端动力杆222；其中所述后端动力杆222之间设置张口弹簧24，并将所述控制线25一端设置于所述张口弹簧24上，另一端设置于所述取物手柄26上，使得取物手柄26在旋转时带动所述控制线25进行拉紧，进而产生一个使得所述后端动力杆222相向压合的力，带动前端夹持杆221随着所述后端动力杆222进行压合操作即完成夹持操作；随后反向旋转取物手柄松开所述控制线25，所述后端动力杆222收到弹簧作用力进行复位运动，即完成松开的操作。

所述前端夹持杆221前端端头处设置能够相互配合的夹持端头223，已完成夹持异物过程，优选为带有尖状的夹持端头。

本发明还提供一种基于所述3D成像的封闭空间清理装置的操作方法，其包括：

A、伸入所述视频系统：首先通过旋转操作手柄19，将操作线15拉紧，使得摄像装置紧贴于操作杆11前端侧壁上；随后将所述视频系统1伸入到待清理的封闭空间内后，反向旋转操作手柄19使得操作线15松开，进而使得摄像装置延伸后，摄像头12能延伸到前端光源14最大外径的外侧，调整前端光源14亮度便于成像装置将拍摄的空间内的异物进行3D图像呈现显示；

B、伸入操作装置2：将操作装置2伸入封闭空间内，通过成像装置3D显示图像，调整操作装置角度及伸入位置，使得机械手22接触到异物，并旋转取物手柄26，使得取物手柄25在旋转时带动控制线25进行拉紧运动，进而使得机械手22夹持住该异物；

C、将异物从封闭空间取出；

D、完成一个异物清理工作后，再次将取出清理装置伸入封闭空间，重复上述步骤，进行其它异物清理工作，直至全部异物清理完成。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于3D成像的封闭空间清理装置，其特征在于：

包括视频系统以及操作装置；

所述视频系统包括前端光源、操作杆、摄像装置以及成像装置；其中所述前端光源设置于所述操作杆前端端头处；所述摄像装置设置于所述操作杆前端侧壁上，并能够以所述操作杆前端侧壁为固定端，进行延伸或者压缩的往复运动，所述摄像装置包括通过弹簧夹设置于所述操作杆前端侧壁上、用于采集摄像数据的摄像头，且所述摄像装置至少需要两组相互平行弹簧夹，所述弹簧夹能够使得所述摄像装置在完全压缩状态时，能够贴附于所述操作杆前端侧壁上；同时使得所述摄像装置在完全延伸状态时，能够延伸至所述前端光源的最大外径的外围；所述成像装置用于与接收摄像装置采集的摄像数据进行3D成像显示；

所述操作装置包括取物杆以及机械手，其中所述机械手设置于所述取物杆前端。

2.根据权利要求1所述的基于3D成像的封闭空间清理装置，其特征在于：所述视频系统还包括操作线以及设置于操作杆后端，并能够相对于所述操作杆后端端面进行旋转的操作手柄，其中所述操作线一端设置于所述摄像装置上，另一端设置于所述操作手柄上，使得操作手柄在旋转时能够带动所述操作线进行拉紧或者松开运动，进而使得所述摄像装置在所述操作线进行拉紧或者松开过程调整所述摄像装置张开程度即实现所述摄像装置延伸或者压缩的往复运动。

3.根据权利要求1所述的基于3D成像的封闭空间清理装置，其特征在于：所述操作杆包括操作杆前端以及操作杆后端；所述操作杆前端直径小于操作杆后端直径。

4.根据权利要求2所述的基于3D成像的封闭空间清理装置，其特征在于：所述操作装置还包括销轴、取物手柄以及控制线；所述销轴设置于所述取物杆前端，并使得所述机械手能够通过该销轴进行旋转运动；所述取物手柄设置于所述取物杆后端，并能够相对于所述取物杆后端端面进行旋转；所述控制线一端设置于所述机械手上，另一端设置于所述取物手柄上，使得取物手柄在旋转时能够带动所述控制线进行拉紧或者松开运动，进而使得所述机械手在所述控制线进行拉紧或者松开过程中进行夹持或者松开的操作。

5.根据权利要求4所述的基于3D成像的封闭空间清理装置，其特征在于：所述机械手为两个通过所述销轴相对设置于所述取物杆前端的夹持臂结构。

6.根据权利要求5所述的基于3D成像的封闭空间清理装置，其特征在于：所述夹持臂结构包括前端夹持杆以及后端动力杆；其中所述后端动力杆之间设置张口弹簧，并将所述控制线一端设置于所述张口弹簧上，另一端设置于所述取物手柄上，使得取物手柄在旋转时带动所述控制线进行拉紧或者松开运动，进而使得所述后端动力杆在所述控制线的拉紧或者松开过程中进行压合或者松开操作；同时所述前端夹持杆随着所述后端动力杆压合或者松开操作进行物体夹持或者松开的操作。

7.根据权利要求1所述的基于3D成像的封闭空间清理装置，其特征在于：所述前端光源前端为圆球状或圆锥状。

8.一种如权利要求4所述的基于3D成像的封闭空间清理装置的操作方法，其特征在于包括：

A、伸入所述视频系统：首先通过旋转操作手柄，将操作线拉紧，使得摄像装置紧贴于操作杆前端侧壁上；随后将所述视频系统伸入到待清理的封闭空间内后，反向旋转操作手柄使得操作线松开，进而使得摄像装置延伸后，摄像头能延伸到前端光源最大外径的外侧，调整前端光源亮度便于成像装置将拍摄的空间内的异物进行3D图像呈现显示；

B、伸入操作装置：将操作装置伸入封闭空间内，通过成像装置3D显示图像，调整操作装置角度及伸入位置，使得机械手接触到异物，并旋转取物手柄，使得取物手柄在旋转时带动控制线进行拉紧运动，进而使得机械手夹持住该异物；

C、将异物从封闭空间取出；

D、完成一个异物清理工作后，再次将取出清理装置伸入封闭空间，重复上述步骤，进行其它异物清理工作，直至全部异物清理完成。