CN108561676A - 巡检清淤管道机器人视觉防护装置及防护方法 - Google Patents

巡检清淤管道机器人视觉防护装置及防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种巡检清淤管道机器人视觉防护装置，包括摄像头、中空回转架、活动防护组件和刮条组件；中空回转架连接在和机器人本体的前端，摄像头设置在中空回转架内；刮条组件两端连接在中空回转架上，刮条组件的内侧压合在摄像头端部；静态防护罩设置在摄像头上，回转铰接头固定在中空回转架上，活动防护罩的一端连接在回转铰接头上；活动罩驱动器固定在中空回转架的后侧，活动罩驱动器伸出或缩回带动活动防护罩开启或关闭；上述装置将动态防护、静态防护和擦拭清理三者协调作用，在清淤作业中防止泥垢附着镜头，同时能对镜头进行自动擦拭，提高机器视觉识别清晰度和有效性，提高巡检机器人对复杂环境的适应性。

Description

巡检清淤管道机器人视觉防护装置及防护方法
技术领域
本发明涉及巡检清淤管道机器人视觉防护装置领域，尤其是一种基于动态防护、静态防护和擦拭清理三者协调作用，针对巡检清淤管道机器人进行视觉防护的装置及防护方法。
背景技术
在清管作业过程中，管道机器人的刀盘在清理管壁泥垢时，泥水飞溅导致视觉镜头分辨不清，镜头防护和镜头清洁不到位，影响机器视觉识别效果，从而无法实现精准清淤。在旋转刮削清淤作业中，镜头应靠前安装，并尽量安装在刀盘中心，以便于获得较为均衡的视野；但是清淤作业时，刀盘连续转动给摄像头安装和线路防护都带来较大困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种巡检清淤管道机器人视觉防护装置及防护方法，将摄像头安装在中空回转架（刀盘）中空位置，并对机器人在管道中姿态进行控制，确保操作者实时能看到管道内的情况且不会影响清淤工作，提高了清淤效率和清淤效果。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种巡检清淤管道机器人视觉防护装置，包括摄像头、中空回转架、活动防护组件和刮条组件；中空回转架连接在和机器人本体的前端，摄像头设置在中空回转架内；
所述刮条组件两端连接在中空回转架上，刮条组件的内侧压合在摄像头端部；所述活动防护组件包括静态防护罩、活动防护罩、回转铰接头和活动罩驱动器，静态防护罩设置在摄像头上，回转铰接头固定在中空回转架上，活动防护罩的一端连接在回转铰接头上；所述活动罩驱动器固定在中空回转架的后侧，活动罩驱动器伸出或缩回带动活动防护罩开启或关闭；
所述中空回转架可实现正向和反向转动，其外圈连接有刮淤刀片；中空回转架中间开有摄像头安装孔。
所述刮条组件包括前柔性刮条和后刮条板，前柔性刮条固定在后刮条板上；后刮条板连接在中空回转架上，前柔性刮条的侧面内设有排泥斜槽。
所述后刮条板固定在中空回转架的中间位置，并随中空回转架同步转动；所述前柔性刮条贴靠在静态防护罩上，并相对静态防护罩转动；所述活动防护罩可绕回转铰接头转动，回转铰接头上装有扭簧。
所述摄像头的镜头中心相对中空回转架中心有微小偏移量，保证摄像头不被柔性刮条遮住视野；所述静态防护罩固连在摄像头前端，所述摄像头尾端和电推杆的杆身均固定在机器人本体支架上；静态防护罩、摄像头和和电推杆固连为一体，均不随中空回转架转动；所述孔设置有倒角用于引导推杆顺利导入，且倒角下侧装有定位磁铁，与安装在电推杆的杆身下侧的定位传感器配套使用。当定位传感器检测到定位磁铁时，中空回转架的偏心孔与电推杆的中心对准，
所述电推杆的推杆可从偏心孔处穿过。
巡检清淤管道机器人视觉防护方法，包括以下步骤：
a．清淤开始前，调整偏心孔至中空回转架的下位并保持稳定；
b．活动罩驱动器推杆伸出并偏心孔穿过，克服弹力的作用，使活动防护罩打开，摄像头可以清晰捕捉管道图像特征，确定淤积物形貌和位置；
c. 活动罩驱动器推杆从偏心孔缩回复位，活动防护罩恢复到盖合防护状态；
d.启动刮淤组件往复运动将管道内的淤积物刮落；
e.判断淤积物的刮落量，决定是否将管道机器人退出；
f.如决定将管道机器人退出，首先通过换位驱动器将退淤刀组调整至刮落淤
积物位置，驱动管道机器人后退；否则继续进行刮削操作；
e. 重复步骤a至步骤d至管道中的淤积物清理干净
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
动态防护、静态防护和擦拭清理三者协调作用，在清淤作业中防止泥垢附着镜头，同时能对镜头进行自动擦拭，提高机器视觉识别清晰度和有效性，提高巡检机器人对复杂环境的适应性。
将摄像头安装在中空回转架（刀盘）中空位置，并对机器人在管道中姿态进行控制，确保操作者实时能看到管道内的情况且不会影响清淤工作，提高了清淤效率和清淤效果。
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是本发明的清淤机器人立体结构示意图；
图2是本发明的综合防护装置立体结构示意图；
图3是本发明的活动防护罩闭合状态（推杆缩回）；
图4是本发明的活动防护罩打开状态（推杆伸出）；
图5视觉防护装置架构图。
其中：1、防护装置；1-1、活动防护罩；1-2、前柔性刮条；1-3、静态防护罩；1-4、中空回转架；1-5、摄像头；1-6、活动罩驱动器；1-7、回转铰接头；2、机器人；2-1、本体支架；2-2、步进电机；2-3、同步带； K、偏心孔；K1、倒角；K2、定位磁铁；K3、定位传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图5所示的巡检清淤管道机器人视觉防护装置，先识别、再防护、后工作。清淤工作前，管内环境相对稳定，活动防护罩打开，摄像头先提取图像特征。清淤工作时，活动防护罩闭合，中空回转架1-4在转动过程中带动柔性刮条1-2作同步转动，对静态防护玻璃1-3做擦拭清理。由于活动防护罩1-1的盖合作用和静态防护玻璃1-3的防护作用，不会使得刮削掉的泥垢附着镜头，从而实现相机镜头的综合防护。工作流程阐述如下：
（1）清淤开始前，步进电机2-2驱动中空回转架1-4转动，使K孔处于下位并保持静止.
（2）电推杆1-6的推杆伸出并从K孔穿过，克服扭簧的扭力作用，使活动防护罩打开，摄像头可以清晰捕捉管道图像特征，确定淤积物形貌和位置
（3）然后电推杆1-6的推杆从K孔缩回复位，推杆缩回到杆身，活动防护罩1-1恢复到盖合防护状态。
（4）机器人根据摄像头提取的淤积物分布特征，驱动机器人本体2移动到淤积物位置，控制刮削刀片进行精准清淤工作。
巡检清淤管道机器人视觉防护装置包括摄像头1-5、中空回转架1-4、活动防护组件和刮条组件；中空回转架1-4连接在和机器人本体的前端，摄像头1-5设置在中空回转架1-4内；
刮条组件两端连接在中空回转架1-4上，刮条组件的内侧压合在摄像头1-5的端部；
活动防护组件包括静态防护罩1-3、活动防护罩1-1、回转铰接头1-7和活动罩驱动器1-6，静态防护罩1-3设置在摄像头上，回转铰接头1-7固定在中空回转架1-4上，活动防护罩1-1的一端连接在回转铰接头1-7上；活动罩驱动器1-6固定在中空回转架1-4的后侧，活动罩驱动器1-6伸出或缩回带动活动防护罩1-1开启或关闭；
中空回转架1-4可实现正向和反向转动，其外圈连接有刮淤刀片；中空回转架1-4中间开有摄像头安装孔。
刮条组件包括前柔性刮条1-2和后刮条板，前柔性刮条1-2固定在后刮条板上；后刮条板连接在中空回转架1-4上，前柔性刮条的侧面内设有排泥斜槽。
后刮条板固定在中空回转架1-4的中间位置，并随中空回转架1-4同步转动；前柔性刮条1-2贴靠在静态防护罩1-3上，并相对静态防护罩1-3转动；活动防护罩1-3可回转铰接头1-7转动，回转铰接头1-7上装有扭簧。
摄像头1-5的镜头中心相对中空回转架1-4中心有微小偏移量，保证摄像头1-5不被前柔性刮条1-2遮住视野；静态防护罩1-3固定在摄像头1-5前端，摄像头1-5尾端和活动罩驱动器1-6均固定在机器人2的本体支架2-1上；静态防护罩1-3、摄像头1-5和和活动罩驱动器1-6固定在一起，均不随中空回转架1-4转动。
中空回转架1-4的下侧设有偏心孔K，偏心孔K的端部设有倒角，在倒角的下侧装有定位磁铁K2；活动罩驱动器1-6的下侧的定位传感器K3；当定位传感器K3检测到定位磁铁K2时，中空回转架1-4的偏心孔K与活动罩驱动器1-6的中心对准，活动罩驱动器1-6的推杆可从偏心孔K内穿过。
巡检清淤管道机器人视觉防护方法，包括以下步骤：
a．清淤开始前，调整偏心孔K至中空回转架1-4的下位并保持稳定；
b．活动罩驱动器1-6的推杆伸出并穿过偏心孔K，克服回转铰接头1-7的弹力作用，使活动防护罩1-3打开，摄像头1-5可以清晰捕捉管道图像特征，确定淤积物形貌和位置；
c. 活动罩驱动器1-6的推杆从偏心孔K内缩回复位，活动防护罩1-3恢复到盖合防护状态；
d.启动刮淤组件往复运动将管道内的淤积物刮落；
e. 重复步骤a至步骤d至管道中的淤积物清理干净。
进一步的，中空回转架1-4由步进电机2-2通过同步带2-3传动，可实现正向和反向转动；中空回转架1-4外圈连接有刮淤刀片，中空回转架1-4在回转过程中带动刮淤刀片清理管壁泥垢；中空回转架1-4中间开有大圆孔，可容纳摄像头1-5。
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 (6)

1.巡检清淤管道机器人视觉防护装置，其特征在于：包括摄像头（1-5）、中空回转架（1-4）、活动防护组件和刮条组件；中空回转架（1-4）连接在和机器人本体的前端，摄像头（1-5）设置在中空回转架（1-4）内；
所述刮条组件两端连接在中空回转架（1-4）上，刮条组件的内侧压合在摄像头（1-5）的端部；
所述活动防护组件包括静态防护罩（1-3）、活动防护罩（1-1）、回转铰接头（1-7）和活动罩驱动器（1-6），静态防护罩（1-3）设置在摄像头上，回转铰接头（1-7）固定在中空回转架（1-4）上，活动防护罩（1-1）的一端连接在回转铰接头（1-7）上；所述活动罩驱动器（1-6）固定在中空回转架（1-4）的后侧，活动罩驱动器（1-6）伸出或缩回带动活动防护罩（1-1）开启或关闭；
所述中空回转架（1-4）可实现正向和反向转动，其外圈连接有刮淤刀片；中空回转架（1-4）中间开有摄像头安装孔。
2.根据权利要求1所述的巡检清淤管道机器人视觉防护装置，其特征在于：所述刮条组件包括前柔性刮条（1-2）和后刮条板，前柔性刮条（1-2）固定在后刮条板上；后刮条板连接在中空回转架（1-4）上，前柔性刮条的侧面内设有排泥斜槽。
3.根据权利要求1所述的巡检清淤管道机器人视觉防护装置，其特征在于：所述后刮条板固定在中空回转架（1-4）的中间位置，并随中空回转架（1-4）同步转动；所述前柔性刮条（1-2）贴靠在静态防护罩（1-3）上，并相对静态防护罩（1-3）转动；所述活动防护罩（1-3）可绕回转铰接头（1-7）转动，回转铰接头（1-7）上装有扭簧。
4.根据权利要求1所述的巡检清淤管道机器人视觉防护装置，其特征在于：所述摄像头（1-5）的镜头中心相对中空回转架（1-4）中心有微小偏移量，保证摄像头（1-5）不被前柔性刮条（1-2）遮住视野；所述静态防护罩（1-3）固定在摄像头（1-5）前端，所述摄像头（1-5）尾端和活动罩驱动器（1-6）均固定在机器人（2）的本体支架（2-1）上；静态防护罩（1-3）、摄像头（1-5）和和活动罩驱动器（1-6）固定在一起，均不随中空回转架（1-4）转动。
5.根据权利要求4所述的巡检清淤管道机器人视觉防护装置，其特征在于：所述中空回转架（1-4）的下侧设有偏心孔（K），偏心孔（K）的端部设有倒角，在倒角的下侧装有定位磁铁（K2）；活动罩驱动器（1-6）的下侧的定位传感器（K3）；当定位传感器（K3）检测到定位磁铁（K2）时，中空回转架（1-4）的偏心孔(K)与活动罩驱动器（1-6）的中心对准，所述活动罩驱动器（1-6）的推杆可从偏心孔(K)内穿过。
6.巡检清淤管道机器人视觉防护方法，其特征在于，包括以下步骤：
a．清淤开始前，调整偏心孔（K）至中空回转架（1-4）的下位并保持稳定；
b．活动罩驱动器（1-6）的推杆伸出并穿过偏心孔（K），克服回转铰接头（1-7）的弹力作用，使活动防护罩（1-3）打开，摄像头（1-5）可以清晰捕捉管道图像特征，确定淤积物形貌和位置；
c. 活动罩驱动器（1-6）的推杆从偏心孔（K）内缩回复位，活动防护罩（1-3）恢复到盖合防护状态；
d.启动刮淤组件往复运动将管道内的淤积物刮落；
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