CN105915859B - 基于管道机器人的管道检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于管道机器人的管道检测系统，包括管道机器人、电缆盘和采集控制终端，管道机器人包括摄像头模块和爬行器；摄像头模块包括前视数字摄像头、第一微处理器、旋转马达；爬行器包括架体、架体两侧的轮子、驱动马达、传感器组、第二微处理器、网络传输模块、第一电力载波模块；电缆盘包括电力线、第二电力载波模块、第四微处理器和网络通讯模块；所述的采集控制终端为装有检测模块的移动终端。本发明只需要双线芯即可实现电源、视频信号、控制信号的同步同线传输，节约了电缆线的数量，减轻了重量，通过此方式传输能够实现超长距离传输；无需传统的大型检测箱体，只需要在移动终端装有检测模块软件，即可实现远程操作。

Description

基于管道机器人的管道检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于污水、雨水、石油、燃气等管道检测领域，具体涉及一种基于管道机器人的管道检测系统及检测方法。

背景技术

为对市政排水地下排水管道，农业用水地下排水管道，工业用水地下排水管道，自来水地下排水管道等地下管线进行疏通及修复时，需要了解排水管道内部的状况，诸如排水管道管线错位、井口埋没、漏损等情况。

目前在地下管道检测领域的管道机器人检测系统，设备较笨重，结构组成复杂，包含爬行器、镜头、电缆盘、5m连接线、采集控制主机。镜头采用的低分辨率的模拟摄像头，采集控制主机采集的图像为模拟图像，质量较差，不能实现管道的精细化判读检测以及数字化的传输。通讯控制方式采用传统的485或CAN总线方式通讯，电缆线包含了电源线、视频传输线、通讯线，芯线较多，电缆线较粗较重。现场组装系统，需要通过5m连接线连接采集控制主机，同时5m电缆线连接电缆盘，电缆盘的出线端与爬行器连接，镜头安装在爬行器上。整套设备现场组装繁琐，电缆线粗重，采集控制系统比较笨重，移动操作不方便，现场工作效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于管道机器人的管道检测系统及检测方法，能够节约电缆线的数量，并且提高传输距离。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于管道机器人的管道检测系统，包括管道机器人、电缆盘和采集控制终端，其特征在于：所述的管道机器人包括摄像头模块和爬行器；

所述的摄像头模块包括前视数字摄像头、第一微处理器、旋转马达和第一接口，前视数字摄像头和第一微处理器分别与第一接口连接，第一微处理器的输出端与旋转马达连接；

所述的爬行器包括架体、架体两侧的轮子、用于驱动轮子的驱动马达、用于获取状态参数的传感器组、第二微处理器、网络传输模块、第一电力载波模块、与第一接口匹配的第二接口和与第一电力载波模块连接的电力线接口；所述的传感器组的输出端与第二微处理器连接，第二微处理器的输出端与驱动马达连接，第二微处理器与网络传输模块连接；网络传输模块与第一电力载波模块连接，电力线接口通过电力线输入输出数据；

第一微处理器通过第一接口、第二接口与第二微处理器连接，前视数字摄像头通过第一接口、第二接口与网络传输模块连接；

所述的电缆盘包括与所述的电力线接口连接的电力线、用于将电力载波信号解析为数字信号的第二电力载波模块、第四微处理器和用于与检测模块数据传输的网络通讯模块，其中第二电力载波模块、第四微处理器和网络通讯模块依次连接；

所述的采集控制终端为装有检测模块的移动终端，用于从网络通讯模块接收数字化的视频及状态参数信号，检测模块通过人机交互方式接收控制指令、检测指令和输入参数，将控制指令从网络通讯模块发送给电缆盘，根据检测指令执行对应的操作并进行数据存储。

按上述系统，所述的管道机器人还包括抬升装置，抬升装置包括抬升架体和硬件模块；抬升架体由抬升架、抬升臂和抬升座依次连接构成，抬升座与爬行器的架体机械连接；所述的硬件模块包括相互连接的第三微处理器和用于驱动抬升臂的抬升马达；抬升架上设有与第一接口匹配的第三接口，且抬升座上设有与第二接口匹配的第四接口，第三微处理器通过第一接口、第三接口、第四接口和第二接口连接在第一微处理器和第二微处理器之间。

按上述系统，所述的摄像头模块还包括与第一微处理器连接的气压传感器。

按上述系统，所述的旋转马达包括水平旋转马达和垂直旋转马达。

按上述系统，所述的抬升臂设有抬升极限位置，抬升极限位置设有与第三微处理器连接的限位电位器。

按上述系统，所述的抬升架设有通过第四接口、第二接口与网络传输模块连接的后视数字摄像头。

按上述系统，所述的摄像头模块设有通过第一接口、第二接口与第二微处理器连接的光源。

利用上述基于管道机器人的管道检测系统实现的检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、装有检测模块的移动终端与电缆盘进行网络连接；

S2、管道机器人中的数字摄像头采集的视频数据、传感器组采集的数据通过网络传输模块汇为一路数字信号，通过第一电力载波模块以电力载波的方式通过电力线传输给电缆盘上的第二电力载波模块；电缆盘上的第二电力载波模块将数字信号解析出来，通过网络通讯模块发送给装有检测模块的移动终端；检测模块将传感器组采集的数据叠加到数字摄像头采集的视频数据中进行显示；

S3、检测模块通过人机交互方式接收控制指令、检测指令和输入参数；

控制指令通过网络通讯模块发送至电缆盘，再经第二电力载波模块以电力载波的方式通过电力线传输到管道机器人，调用相应的各微处理器进行指令操作；

检测模块还包括计算模块，用于利用输入的参数，根据管道检测标准计算并生成检测报告；

检测模块根据检测指令执行对应的操作并进行数据存储。

按上述方法，所述的控制指令包括旋转马达控制指令、驱动马达控制指令、数字摄像头控制指令和光源开关指令。

按上述方法，所述的检测指令包括图片存储指令、视频存储指令、检测报告生成指令和检测报告存储指令。

本发明的有益效果为：

1、本发明选用数字摄像头，摄像头模块和爬行器为可拆卸连接，并且连接方式简单，便于携带和现场组装；选用电力载波模块，只需要双芯线即可实现电源、视频信号、控制信号的同步同线传输，节约了电缆线的数量，减轻了重量，提高了操作效率，同时基于本领域的特点，管道中对电力载波的影响较小，通过此方式传输能够实现超长距离传输(3km以上)，较传统的总线方式通讯大大提高；在纯数字化数据传输的基础下，采用纯软件的方式，无需传统的大型检测箱体，只需要在移动终端装有检测模块软件，即可实现远程操作。

2、通过在可拆卸的摄像头模块和爬行器之间增加抬升装置，并且之间的机械连接方式和电连接方式均简单可行，拼装方便，且适合不同管道对视频采集高度的需要。

3、电缆盘将得到的电力载波信号解析为数字信号，然后通过无线传输的方式发送给移动终端，从移动终端无线接收控制指令再由电力载波模块发送给管道机器人，实现信号的无线传输，进一步的便于远程操作。

4、在抬升装置上增设后视数字摄像头，2路视频信号均与网络传输模块连接，实现多路视频信号的同步传输及显示。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为爬行器的结构示意图。

图3为抬升装置的结构示意图。

图4为摄像头模块的结构示意图。

图5为本发明一实施例的使用状态图。

图6为本发明一实施例的硬件原理框图。

图7为本发明一实施例的操作方法流程图。

图中：1-摄像头模块，2-抬升装置，3-爬行器，11-第一接口， 21-抬升架，22-抬升臂，23-抬升座，24-第三接口，25-第四接口，31-架体，32-轮子，33-第二接口，34-电力线接口。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步说明。

本发明提供一种基于管道机器人的管道检测系统，包括管道机器人、电缆盘和采集控制终端，如图5和图6所示，管道机器人包括摄像头模块1和爬行器3，所述的摄像头模块1如图4所示，包括依次连接的前视数字摄像头、第一微处理器、旋转马达和第一接口11，前视数字摄像头和第一微处理器分别与第一接口连接，第一微处理器的输出端与旋转马达连接；所述的爬行器如图2所示，包括架体31、架体两侧的轮子32、用于驱动轮子32的驱动马达、用于获取状态参数的传感器组、第二微处理器、网络传输模块、第一电力载波模块、与第一接口匹配的第二接口33和与第一电力载波模块连接的电力线接口34；所述的传感器组的输出端与第二微处理器连接，第二微处理器的输出端与驱动马达连接，第二微处理器与网络传输模块连接；网络传输模块与第一电力载波模块连接，电力线接口34通过电力线输入输出数据；第一微处理器通过第一接口11、第二接口33与第二微处理器连接，前视数字摄像头通过第一接口11、第二接口33与网络传输模块连接。所述的电缆盘包括与所述的电力线接口34连接的电力线、用于将电力载波信号解析为数字信号的第二电力载波模块、第四微处理器和用于与检测模块数据传输的网络通讯模块，其中第二电力载波模块、第四微处理器和网络通讯模块依次连接。所述的采集控制终端为装有检测模块的移动终端，用于从网络通讯模块接收数字化的视频及状态参数信号，检测模块通过人机交互方式接收控制指令、检测指令和输入参数，将控制指令从网络通讯模块发送给电缆盘，根据检测指令执行对应的操作并进行数据存储。

优选的，管道机器人还包括抬升装置2，如图3和图1所示，抬升装置2包括抬升架体和硬件模块；抬升架体由抬升架21、抬升臂22和抬升座23依次连接构成，抬升座23与爬行器3的架体31机械连接；所述的硬件模块包括相互连接的第三微处理器和用于驱动抬升臂22的抬升马达；抬升架21上设有与第一接口11匹配的第三接口24，且抬升座23上设有与第二接口33匹配的第四接口25，第三微处理器通过第一接口11、第三接口24、第四接口25和第二接口33连接在第一微处理器和第二微处理器之间。

网络传输模块的作用在于：将第一至第三微处理器的信号、摄像头的视频信号，汇聚为一路信号，才能与第一电力载波模块连接。本实施例中，网络传输模块即为网络交换机。

优选的，可以分别在摄像头模块、爬行器上设置一些用于获取状态参数的传感器。例如，摄像头模块还可以包括与第一微处理器连接的气压传感器、用于在光线不足时提高视频效果的光源等；在抬升装置上设置与网络传输模块连接的后视数字摄像头，给后视数字摄像头配备与第二微处理器连接的光源等。

另外，为了实现更好的效果，数字摄像头可以水平旋转和垂直旋转，那么旋转马达就包括水平旋转马达和垂直旋转马达；为了避免抬升臂抬升过度，抬升臂设有抬升极限位置，抬升极限位置设有与第三微处理器连接的限位电位器。

在本实施例中，第一至第三微处理器均选用单片机；第一至第四接口均为防水航空插头；数字摄像头为200万像素及以上的数字摄像传感器，具备光学10倍及以上、数字12倍及以上的变倍功能。

本实施例中，所有接口处均设有密封圈，并在所有设备（摄像头模块1、抬升装置2、爬行器3）上分别设有打气孔，向设备内进行打气增压，通过气压传感器监测气压，放置一段时间气压不变的话，说明防水性能好。本实施例的摄像头模块1、抬升装置2、爬行器3防水等级均为IP68。

在具体应用时，摄像头模块1可以直接与爬行器3通过第一接口11和第二接口33连接；在一些较粗的管道中，需要对拍摄视频的高度有要求时，摄像头模块1通过抬升装置2与爬行器3连接。抬升装置中内置硬件模块，并且巧妙的设置第三接口24和第四接口25，从而实现与摄像头模块1和爬行器3的电连接，无需在外部另外设置摄像头模块1和爬行器3之间的连线，避免线路过多造成自动爬行时造成的缠绕杂物或其它问题，同时也利于现场组装和拆卸，极大程度的保护了设备的安全性，延长设备的使用寿命。

优选的，网络通讯模块为无线通讯模块。电缆盘从电力线获取电力载波信号，利用第二电力载波模块对电力载波信号进行解析，获得视频信号，将视频信号通过有线或无线的方式（例如wifi、4G等）发送给移动终端，移动终端发送的控制信号通过有线或无线的方式由电缆盘接收，电缆盘利用第二电力载波模块将控制信号以电力载波的方式从电力线传输到位于爬行器的第一电力载波模块，第一电力载波模块将控制信号解析出来，再发送给各微处理器。

本实施例中，电缆盘还包括电缆架、自动排线装置、驱动部件和电源系统。电力线为两芯的同轴电缆或双绞线或平行线，两芯的电力线同步传输电源、视频信号、控制信号，因此比传统的8芯电缆线更细更轻，并且更牢固。

利用上述基于管道机器人的管道检测系统实现的检测方法，如图7所示，包括以下步骤：

S1、装有检测模块的移动终端与电缆盘进行网络连接；

S2、管道机器人中的前视数字摄像头采集的视频数据、传感器组采集的数据通过网络传输模块汇为一路数字信号，通过第一电力载波模块以电力载波的方式通过电力线传输给电缆盘上的第二电力载波模块；电缆盘上的第二电力载波模块将数字信号解析出来，通过网络通讯模块发送给装有检测模块的移动终端；检测模块将传感器组采集的数据叠加到前视数字摄像头采集的视频数据中进行显示；

S3、检测模块通过人机交互方式接收控制指令、检测指令和输入参数；

控制指令通过网络通讯模块发送至电缆盘，再经第二电力载波模块以电力载波的方式通过电力线传输到管道机器人，调用相应的各微处理器进行指令操作；

检测模块还包括计算模块，用于利用输入的参数，根据管道检测标准计算并生成检测报告；

检测模块根据检测指令执行对应的操作并进行数据存储。

进一步细化的，所述的控制指令包括旋转马达控制指令、驱动马达控制指令、数字摄像头控制指令和光源开关指令；所述的检测指令包括图片存储指令、视频存储指令、检测报告生成指令和检测报告存储指令。

本实施例中，前视数字摄像头和后视数字摄像头为数字高清摄像头，实现高清数字视频信号采集，通过装配在爬行器中的第一电力载波模块采集并发送载波信号，实现电源、视频信号、控制信号的同步同线传输至电缆盘，通过电缆盘的第二电力载波模块接收并解析载波信号，通过电缆盘的无线传输模块发送数字信号，通过具备无线传输功能的电脑或平板等移动终端接收信号，实现信号的录制及储存，以及通过GIS信息，结合地理信息系统，实现了管道检测信息的GIS平台信息化保存与管理。

其中，输入的参数为管道属性等，可以为通过人机交互方式输入，也可以从地理信息系统中直接获取，计算模块利用输入的参数，根据管道检测标准计算并生成检测报告，而管道检测标准为本领域人员都知道的行业标准，其公式也是公开的，只需要在计算模块设置该公式，即可利用检测到数据和输入的参数在计算模块中计算得到检测结果，再根据检测指令生成检测报告，该检测报告能够进行存储、利用无线网络上传至其它平台，例如在地理信息系统进行存储和展示。

移动终端也可通过有线网络线的形式与电缆盘实现信号的传输。

该技术的优势在于能实现信号的超长距离传输(3km以上)，并且只需使用2芯电缆即可实现电源、视频信号、控制信号的同步同线传输。

本实施例中，摄像头模块装备了前视数字摄像头、光源、水平旋转马达、垂直旋转马达、气压传感器、限位电位器。前视数字摄像头为200万像素及以上的数字摄像传感器。前视数字摄像头可实现水平360度无限旋转、垂直270度旋转，并可一键居中复位。摄像头模块还可以装备平行激光测量系统，实现对裂缝宽度的有效测绘。前视数字摄像头具备光学10倍及以上、数字12倍及以上的变倍功能。摄像头模块还可以装备气压传感器及气压指示灯，能以不同颜色来指示气压的大小，并且能传输气压值，并显示在采集终端的视频图像中。

在旋转马达上设有角度传感器，采集数字摄像头的旋转角度，也能以数字的形式，显示在移动终端的视频图像中；在摄像头模块装备的光源可无极调节亮度。

爬行器由驱动机械部件、网络传输模块、载波传输模组、马达驱动模组、离合器等构成。抬升装置上可设置气压传感器，采集气压，并且通过气压指示灯指示，气压值能传输到移动终端，并叠加显示在视频图像中；在抬升装置的尾部还可设置后视光源、后视数字摄像头，通过接口分别与爬行器中的第二微处理器、网络传输模块连接。后视摄像头为200万像素及以上的数字摄像传感器，后视光源可无极调节亮度。

爬行器的驱动马达具备电子离合功能，在掉电的情况下，离合松开，可轻松推动。

抬升装置为平行“Y”型支架结构，气压弹簧辅助抬升。

视频信号、传感器数据信号、控制信号，都以数字信号的形式传输和存储，在电缆盘和管道机器人之间，用电力载波的形式进行传输。

整套系统使用的电源为市电，也可使用直流电池系统。

检测模块是一套安装在具备无线传输功能的电脑或平板中的应用软件系统，该应用软件能运行在WINDOWS、ios、ANDROID等各种系统平台上。安装了应用软件的电脑或平板，通过无线网络与电缆盘无线连接，电缆盘上预留了有线网络接口，也可通过通用网线与采集控制系统连接。检测模块通过控制指令控制电缆盘收放电力线，控制爬行器前进、后退、左右旋转；控制抬升装置的抬升、下降，控制光源无极调节亮度，控制数字摄像头与后视摄像头的切换；并且能同时同步显示及采集前后视频；控制前视摄像探头调焦、变倍、旋转、灯光调节、激光测量裂缝宽度、采集气压以及通过编码器采集爬行的距离值；该电脑或平板通过自带的GIS模组采集GIS地理坐标信息；应用软件界面上显示并采集视频，视频上叠加距离信息、工程信息、时间、日期、电量和工作时间信息、GIS信息；并通过GIS定位信息，将成果嵌入到地理信息系统平台中。

该套系统通过结合数字摄像技术以及无线传输技术，使管道无线机器人检测系统的数字化成为现实，现场通过具备无线传输功能的终端采集数字化的成果，并且可以通过5G或其他网络传输系统，将现场采集成果，直接以数字化的方式传输到后台的GIS地理信息系统服务器平台，进行备份及管理。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于管道机器人的管道检测系统，包括管道机器人、电缆盘和采集控制终端，其特征在于：所述的管道机器人包括摄像头模块和爬行器；

所述的摄像头模块包括前视数字摄像头、第一微处理器、旋转马达和第一接口，前视数字摄像头和第一微处理器分别与第一接口连接，第一微处理器的输出端与旋转马达连接；

所述的爬行器包括架体、架体两侧的轮子、用于驱动轮子的驱动马达、用于获取状态参数的传感器组、第二微处理器、网络传输模块、第一电力载波模块、与第一接口匹配的第二接口和与第一电力载波模块连接的电力线接口；所述的传感器组的输出端与第二微处理器连接，第二微处理器的输出端与驱动马达连接，第二微处理器与网络传输模块连接；网络传输模块与第一电力载波模块连接，电力线接口通过电力线输入输出数据；

第一微处理器通过第一接口、第二接口与第二微处理器连接，前视数字摄像头通过第一接口、第二接口与网络传输模块连接；

所述的电缆盘包括与所述的电力线接口连接的电力线、用于将电力载波信号解析为数字信号的第二电力载波模块、第四微处理器和用于与检测模块数据传输的网络通讯模块，其中第二电力载波模块、第四微处理器和网络通讯模块依次连接；所述的电力线为双芯线；

所述的采集控制终端为装有检测模块的移动终端，用于从网络通讯模块接收数字化的视频及状态参数信号，检测模块通过人机交互方式接收控制指令、检测指令和输入参数，将控制指令从网络通讯模块发送给电缆盘，根据检测指令执行对应的操作并进行数据存储；

所述的管道机器人还包括抬升装置，抬升装置包括抬升架体和硬件模块；抬升架体由抬升架、抬升臂和抬升座依次连接构成，抬升座与爬行器的架体可拆卸式机械连接；所述的硬件模块包括相互连接的第三微处理器和用于驱动抬升臂的抬升马达；抬升架上设有与第一接口匹配的第三接口，且抬升座上设有与第二接口匹配的第四接口，第三微处理器通过第一接口、第三接口、第四接口和第二接口连接在第一微处理器和第二微处理器之间。

2.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道检测系统，其特征在于：所述的摄像头模块还包括与第一微处理器连接的气压传感器。

3.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道检测系统，其特征在于：所述的旋转马达包括水平旋转马达和垂直旋转马达。

4.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道检测系统，其特征在于：所述的抬升臂设有抬升极限位置，抬升极限位置设有与第三微处理器连接的限位电位器。

5.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道检测系统，其特征在于：所述的抬升架设有通过第四接口、第二接口与网络传输模块连接的后视数字摄像头。

6.根据权利要求1所述的基于管道机器人的管道检测系统，其特征在于：所述的摄像头模块设有通过第一接口、第二接口与第二微处理器连接的光源。

7.利用权利要求1所述的基于管道机器人的管道检测系统实现的检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、装有检测模块的移动终端与电缆盘进行网络连接；

S2、管道机器人中的数字摄像头采集的视频数据、传感器组采集的数据通过网络传输模块汇为一路数字信号，通过第一电力载波模块以电力载波的方式通过电力线传输给电缆盘上的第二电力载波模块；电缆盘上的第二电力载波模块将数字信号解析出来，通过网络通讯模块发送给装有检测模块的移动终端；检测模块将传感器组采集的数据叠加到数字摄像头采集的视频数据中进行显示；

S3、检测模块通过人机交互方式接收控制指令、检测指令和输入参数；

控制指令通过网络通讯模块发送至电缆盘，再经第二电力载波模块以电力载波的方式通过电力线传输到管道机器人，调用相应的各微处理器进行指令操作；

检测模块还包括计算模块，用于利用输入的参数，根据管道检测标准计算并生成检测报告；

检测模块根据检测指令执行对应的操作并进行数据存储。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述的控制指令包括旋转马达控制指令、驱动马达控制指令、数字摄像头控制指令和光源开关指令。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述的检测指令包括图片存储指令、视频存储指令、检测报告生成指令和检测报告存储指令。