CN109454617A - 工程管道内况检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程管道内况检测装置，包括机体及设于机体的用于给各用电部件供电的电源、用于行走的行走装置、用于拾取管道内异物的拾取装置、用于对采集到的数据和外部指令进行处理的数据处理装置、用于信息传输的数据传输装置、用于采集外部信息的参数感知装置、用于采集图像数据的图像采集装置和用于记录储存数据的记录存储装置；行走装置、拾取装置、参数感知装置、图像采集装置和记录存储装置分别与数据处理装置连接；数据传输装置连接起数据处理装置和上位机；图像采集装置的摄像头通过舵机云台安装在机体上，舵机云台至少可带动摄像头在水平和竖直方向上转动；本发明能够扩大图像采集装置的监测范围。

Description

工程管道内况检测装置

技术领域

本发明涉及工程装置领域，尤其涉及一种工程管道内况检测装置。

背景技术

管道运输在当今工程领域起到至关重要的作用，由于工程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；仪装置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(或障碍物)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，给工程生产带来不利影响。

基于此，为及时方便地检测工程管道内的具体状况，目前出现了各种结构的工程管道内况检测装置，该装置一般包括机体及设于机体的用于给各用电部件供电的电源、用于行走的行走装置、用于驱动行走装置的行走驱动装置、用于拾取管道内异物的拾取装置、用于驱动拾取装置的拾取驱动装置、用于对采集到的数据和外部指令进行处理的数据处理装置、用于信息传输的数据传输装置、用于采集外部信息的参数感知装置、用于采集图像数据的图像采集装置和用于记录储存数据的记录存储装置，行走驱动装置、拾取驱动装置、参数感知装置、图像采集装置和记录存储装置分别与数据处理装置连接，数据传输装置连接起数据处理装置和对机体进行辅助控制的上位机。然而，图像采集装置通常固定在机体上，图像采集装置无法监测其上方的空间，而且必须通过转动机体才能监测其他方向，监测范围明显不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工程管道内况检测装置，能够扩大图像采集装置的监测范围。

本发明的工程管道内况检测装置，包括机体及设于机体的用于给各用电部件供电的电源、用于行走的行走装置、用于拾取管道内异物的拾取装置、用于对采集到的数据和外部指令进行处理的数据处理装置、用于信息传输的数据传输装置、用于采集外部信息的参数感知装置、用于采集图像数据的图像采集装置和用于记录储存数据的记录存储装置；所述行走装置、拾取装置、参数感知装置、图像采集装置和记录存储装置分别与数据处理装置连接；所述数据传输装置连接起数据处理装置和上位机；所述图像采集装置的摄像头通过舵机云台安装在机体上，所述舵机云台至少可带动摄像头在水平和竖直方向上转动。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述舵机云台包括旋转舵机、旋转台、俯仰舵机及安装架，所述旋转舵机的输出轴连接在旋转台底部并可驱动旋转台在水平方向上转动，所述俯仰舵机及安装架均固定在旋转台顶部，所述安装架内设有用于固定摄像头的“U”型架，所述俯仰舵机的输出轴与“U”型架连接并可驱动“U”型架在竖直方向上转动。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述参数感知装置采用数字传感器进行数据采集，包括用于检测温度和湿度的温湿度传感器、用于检测管道内气体浓度的气体浓度传感器、用于检测管道内气压的环境气压传感器、用于检测管道内是否有漏光现象的光照度传感器和用于检测管道倾斜度的重力传感器。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述数据传输装置采用无线方式与上位机相连。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述行走装置包括至少两个行走轮，所述行走驱动装置包括与行走轮一一对应的行走电机，所述行走轮的轮轴与行走电机的输出轴传动连接。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述机体为四轮车体结构，所述行走装置设有四个行走轮作为机体的四个车轮。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述拾取装置包括夹手及用于控制夹手在空间中移动的机械臂，所述机械臂的一端连接于机体、另一端连接于夹手。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述拾取装置还包括以可拆卸方式连接在机体上的控制盒，所述控制盒上对称设有两个机械臂，两个所述夹手分别设置在两个机械臂的末端；所述机体上位于控制盒后方的部位设有用于收容夹手所拾取的异物的收纳箱。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述机械臂包括依次铰接相连的第一臂段、第二臂段及第三臂段；所述第一臂段的头端通过转轴Ⅰ与控制盒转动连接，所述转轴Ⅰ与驱动电机Ⅰ相连并由驱动电机Ⅰ驱动旋转；所述第二臂段的头端通过转轴Ⅱ与第一臂段转动连接，所述转轴Ⅱ与驱动电机Ⅱ相连并由驱动电机Ⅱ驱动旋转，所述转轴Ⅱ平行于转轴Ⅰ设置；所述第三臂段的头端通过转轴Ⅲ与第二臂段转动连接，所述转轴Ⅲ与驱动电机Ⅲ相连并由驱动电机Ⅲ驱动旋转，所述转轴Ⅲ垂直于转轴Ⅱ设置；所述第三臂段通过转轴Ⅳ与夹手相连，所述转轴Ⅳ与固定在第三臂段上的驱动电机Ⅳ相连并由驱动电机Ⅳ驱动旋转，所述转轴Ⅳ同时垂直于转轴Ⅱ及转轴Ⅲ设置。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述夹手包括固定台、槽块、固定板、夹爪及“Y”形驱动杆，所述固定台与驱动电机Ⅳ传动连接；所述固定板通过槽块与固定台相连；两个所述夹爪对称设置，每一夹爪均包括爪头、驱动摇杆及从动摇杆，所述驱动摇杆与从动摇杆平行设置，所述驱动摇杆与从动摇杆的一端与爪头铰接相连、另一端与固定板铰接相连；所述“Y”形驱动杆由一根纵杆及两根对称的分支杆组成，所述槽块上设有用于容置纵杆并供纵杆滑动的滑槽；所述驱动电机Ⅴ的输出端与纵杆传动连接并驱动纵杆沿滑槽滑动；所述纵杆从固定板穿出后与两分支杆相连，所述分支杆设有滑道，所述驱动摇杆的底面设有滑柱，所述滑柱设于滑道中，使得两所述驱动摇杆可分别在两分支杆的直线滑动过程中张开或靠拢。

通过上述公开内容，本发明具有以下有益技术效果：

第一，本发明的工程管道内况检测装置，由于增设了舵机云台，摄像头可灵活转动，从而有效扩大了图像采集装置的监测范围；工作人员通过上位机远程或近程控制侦察车，增强了人机对话的直接性。

第二，本发明的工程管道内况检测装置，不仅能及时方便地检测管道内的具体状况，而且还能够对管道内的异物进行拾取，以避免异物堆积管道而引发相关事故；拾取装置能够代替人工自动进行异物的拾取，节约了人力和时间成本，提高了工作效率和安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的原理框图；

图3为本发明的拾取装置的结构示意图；

图4为本发明的夹手的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图4所示：本实施例的工程管道内况检测装置，包括机体1及设于机体1的用于给各用电部件供电的电源11、用于行走的行走装置12、用于拾取管道内异物的拾取装置13、用于对采集到的数据和外部指令进行处理的数据处理装置14、用于信息传输的数据传输装置15、用于采集外部信息的参数感知装置16、用于采集图像数据的图像采集装置17和用于记录储存数据的记录存储装置18；所述行走装置12、拾取装置13、参数感知装置16、图像采集装置17和记录存储装置18分别与数据处理装置14连接；所述数据传输装置15连接起数据处理装置14和对检测装置进行辅助控制的上位机19；所述图像采集装置17的摄像头17a通过舵机云台安装在机体1上，所述舵机云台至少可带动摄像头17a在水平和竖直方向上转动。机体1可以是车体机构或者其它合理结构；电源11例如可以是设在机体1内部的大容量锂电蓄电池；行走装置12使机体1得以在管道内行走；数据处理装置14可为现有的单片机，可对电源11、行走装置12、拾取装置13、参数感知装置16、图像采集装置17和记录存储装置18进行集中管理；上位机19可以是计算机，例如可通过LabVIEW系统对机器人进行控制。由于增设了舵机云台，摄像头可灵活转动，从而有效扩大了图像采集装置17的监测范围；工作人员通过上位机19远程或近程控制侦察车，增强了人机对话的直接性。

本实施例中，所述舵机云台包括旋转舵机171、旋转台172、俯仰舵机173及安装架174，所述旋转舵机171的输出轴连接在旋转台172底部并可驱动旋转台172在水平方向上转动，所述俯仰舵机173及安装架174均固定在旋转台172顶部，所述安装架174内设有用于固定摄像头17a的“U”型架175，所述俯仰舵机173的输出轴与“U”型架175连接并可驱动“U”型架175在竖直方向上转动；所述旋转舵机171、俯仰舵机173分别与数据处理装置14相连。旋转舵机171的输出轴垂直于水平面，旋转舵机171可以实现旋转台172的360°范围内旋转；俯仰舵机173则通过“U”型架175带动摄像头17a上下摆动俯仰，这样就实现了摄像头17a的转动和摆动两个自由度的运转；旋转舵机171的旋转角度数据、俯仰舵机173的俯仰角度数据均实时传至数据处理装置14并输送至上位机19，工作人员可实时调节旋转舵机171的旋转角度及俯仰舵机173的俯仰角度，以精确调整摄像头17a的位置。

本实施例中，所述参数感知装置16采用数字传感器进行数据采集，包括用于检测温度和湿度的温湿度传感器、用于检测管道内气体浓度的气体浓度传感器、用于检测管道内气压的环境气压传感器、用于检测管道内是否有漏光现象的光照度传感器和用于检测管道倾斜度的重力传感器；采用数字传感器进行数据采集，从而保障整体系统的精度；这些数字传感器分别安装在机体1的合适位置；所述数据传输装置15则采用无线方式与上位机19相连，以实时将数据传至上位机19。

本实施例中，所述行走装置12包括至少两个行走轮4及与行走轮4一一对应的行走电机5，所述行走轮4的轮轴与行走电机5的输出轴传动连接；行走轮4可以是具有一定倾斜度，以适应圆形管道的内壁，达到平滑行走的效果；每个行走轮4具有单独控制的行走电机5，从而可方便地实现差速控制；固定行走轮4轮轴的轴承及行走电机5可固定在一可旋转的转台上，从而可以调节行走轮4的角度，使机体1得以转向；优选地，所述机体1为四轮车体结构，所述行走装置12设有四个行走轮4作为机体1的四个车轮；此外，所述行走轮4外可套设有磁性轮胎，使得行走轮4可以吸附在磁性管道上，提高其行走的稳定性。

本实施例中，所述拾取装置13包括夹手2及用于控制夹手2在空间中移动的机械臂3，所述机械臂3的一端连接于机体1、另一端连接于夹手2；采用该结构，不仅能及时方便地检测管道内的具体状况，而且还能够对管道内的异物进行拾取；具体而言，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机器人，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；当遇到管道内有异物时，通过摄像头采集异物信息并将该信息传输给数据处理装置14，数据处理装置14对探测装置采集到的信息进行处理后，控制行走装置12动作，机体1移动至适当位置后，再驱动机械臂3及夹手2对异物进行拾取，以避免异物堆积管道而引发相关事故；拾取装置13能够代替人工自动进行异物的拾取，节约了人力和时间成本，提高了工作效率和安全性。

本实施例中，所述拾取装置13还包括以可拆卸方式连接在机体1上的控制盒5，所述控制盒6上对称设有两个机械臂3，两个所述夹手2分别设置在两个机械臂3的末端；图像采集装置17可设于控制盒5；所述机体1上位于控制盒6后方的部位设有用于收容夹手2所拾取的异物的收纳箱7；两个机械臂3分别设在控制盒5的左、右侧面；两个机械臂3有利于保持拾取装置13的平衡，而且设置了两个可相互配合的夹手2，能够对细长状或较大体积的异物进行拾取。

本实施例中，驱动电机Ⅰ31b、驱动电机Ⅱ32b、驱动电机Ⅲ33b及驱动电机Ⅳ34b构成拾取驱动装置；所述机械臂3包括依次铰接相连的第一臂段31、第二臂段32及第三臂段33；所述第一臂段31的头端通过转轴Ⅰ与控制盒5转动连接，所述转轴Ⅰ与驱动电机Ⅰ31b相连并由驱动电机Ⅰ31b驱动旋转；所述第二臂段32的头端通过转轴Ⅱ与第一臂段31转动连接，所述转轴Ⅱ与驱动电机Ⅱ32b相连并由驱动电机Ⅱ32b驱动旋转，所述转轴Ⅱ平行于转轴Ⅰ设置；所述第三臂段33的头端通过转轴Ⅲ与第二臂段32转动连接，所述转轴Ⅲ与驱动电机Ⅲ33b相连并由驱动电机Ⅲ33b驱动旋转，所述转轴Ⅲ垂直于转轴Ⅱ设置；所述第三臂段33通过转轴Ⅳ与夹手2相连，所述转轴Ⅳ与固定在第三臂段33上的驱动电机Ⅳ34b相连并由驱动电机Ⅳ34b驱动旋转，所述转轴Ⅳ同时垂直于转轴Ⅱ及转轴Ⅲ设置；第一臂段31、第二臂段32及第三臂段33均呈长板状，各臂段的长度可根据需要而设；转轴Ⅰ与驱动电机Ⅰ31b的输出轴相连，或者直接就可以是驱动电机Ⅰ31b的输出轴；驱动电机Ⅰ31b安装在第一臂段31及控制盒5上，在驱动电机Ⅰ31b的作用下，第一臂段31可做上下俯仰运动；转轴Ⅱ与驱动电机Ⅱ32b的输出轴相连，或者直接就可以是驱动电机Ⅱ32b的输出轴；驱动电机Ⅱ32b安装在第一臂段31及第二臂段32上，在驱动电机Ⅱ32b的作用下，第二臂段32可做上下俯仰运动；转轴Ⅲ与驱动电机Ⅲ33b的输出轴相连，或者直接就可以是驱动电机Ⅲ33b的输出轴；驱动电机Ⅲ33b安装在第二臂段32及第三臂段33上，在驱动电机Ⅲ33b的作用下，第三臂段33可进行左右摆动；转轴Ⅳ与驱动电机Ⅳ34b的输出轴相连，或者直接就可以是驱动电机Ⅳ34b的输出轴；驱动电机Ⅳ34b安装在第三臂段33上，在驱动电机Ⅳ34b的作用下，夹手2整体可进行旋转运动；采用上述结构可提升夹手2的运动范围，使夹手2得以灵活移动。

本实施例中，所述夹手2包括固定台21、槽块22、固定板23、夹爪及“Y”形驱动杆，所述固定台21与驱动电机Ⅳ34b传动连接；所述固定板23通过槽块22与固定台21相连；两个所述夹爪对称设置，每一夹爪均包括爪头241、驱动摇杆242及从动摇杆243，所述驱动摇杆242与从动摇杆243平行设置，所述驱动摇杆242与从动摇杆243的一端与爪头241铰接相连、另一端与固定板23铰接相连；所述“Y”形驱动杆由一根纵杆251及两根对称的分支杆252组成，所述槽块22上设有用于容置纵杆251并供纵杆251滑动的滑槽；驱动电机Ⅴ26设在固定台21上，所述驱动电机Ⅴ26的输出端与纵杆251传动连接并驱动纵杆251沿滑槽滑动；所述纵杆251从固定板23穿出后与两分支杆252相连，所述分支杆252设有滑道252a，所述驱动摇杆242的底面设有滑柱242a，所述滑柱242a设于滑道252a中，使得两所述驱动摇杆242可分别在两分支杆252的直线滑动过程中张开或靠拢；驱动电机Ⅳ34b动作时，固定台21转动，从而带动整个夹手2的旋转；槽块22呈长块状，滑槽为直槽结构；驱动电机Ⅴ26例如可通过丝杠机构或者其他传动机构与纵杆251相连，驱动纵杆251滑动；通过上述结构可对夹爪的运动进行有效控制，“Y”形驱动杆朝内(即朝向机械臂的方向)移动时，两夹爪相向运动，对异物进行夹取；“Y”形驱动杆朝外移动时，两夹爪反向运动，放开被夹取的异物。

最后说明的是，本文应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，还可对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种工程管道内况检测装置，包括机体及设于机体的用于给各用电部件供电的电源、用于行走的行走装置、用于拾取管道内异物的拾取装置、用于对采集到的数据和外部指令进行处理的数据处理装置、用于信息传输的数据传输装置、用于采集外部信息的参数感知装置、用于采集图像数据的图像采集装置和用于记录储存数据的记录存储装置；所述行走装置、拾取装置、参数感知装置、图像采集装置和记录存储装置分别与数据处理装置连接；所述数据传输装置连接起数据处理装置和上位机；其特征在于：所述图像采集装置的摄像头通过舵机云台安装在机体上，所述舵机云台至少可带动摄像头在水平和竖直方向上转动。

2.根据权利要求1所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述舵机云台包括旋转舵机、旋转台、俯仰舵机及安装架，所述旋转舵机的输出轴连接在旋转台底部并可驱动旋转台在水平方向上转动，所述俯仰舵机及安装架均固定在旋转台顶部，所述安装架内设有用于固定摄像头的“U”型架，所述俯仰舵机的输出轴与“U”型架连接并可驱动“U”型架在竖直方向上转动。

3.根据权利要求2所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述参数感知装置采用数字传感器进行数据采集，包括用于检测温度和湿度的温湿度传感器、用于检测管道内气体浓度的气体浓度传感器、用于检测管道内气压的环境气压传感器、用于检测管道内是否有漏光现象的光照度传感器和用于检测管道倾斜度的重力传感器。

4.根据权利要求3所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述数据传输装置采用无线方式与上位机相连。

5.根据权利要求4所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述行走装置包括至少两个行走轮及与行走轮一一对应的行走电机，所述行走轮的轮轴与行走电机的输出轴传动连接。

6.根据权利要求5所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述机体为四轮车体结构，所述行走装置设有四个行走轮作为机体的四个车轮。

7.根据权利要求1至6任一项所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述拾取装置包括夹手及用于控制夹手在空间中移动的机械臂，所述机械臂的一端连接于机体、另一端连接于夹手。

8.根据权利要求7所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述拾取装置还包括以可拆卸方式连接在机体上的控制盒，所述控制盒上对称设有两个机械臂，两个所述夹手分别设置在两个机械臂的末端；所述机体上位于控制盒后方的部位设有用于收容夹手所拾取的异物的收纳箱。

9.根据权利要求8所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述机械臂包括依次铰接相连的第一臂段、第二臂段及第三臂段；所述第一臂段的头端通过转轴Ⅰ与控制盒转动连接，所述转轴Ⅰ与驱动电机Ⅰ相连并由驱动电机Ⅰ驱动旋转；所述第二臂段的头端通过转轴Ⅱ与第一臂段转动连接，所述转轴Ⅱ与驱动电机Ⅱ相连并由驱动电机Ⅱ驱动旋转，所述转轴Ⅱ平行于转轴Ⅰ设置；所述第三臂段的头端通过转轴Ⅲ与第二臂段转动连接，所述转轴Ⅲ与驱动电机Ⅲ相连并由驱动电机Ⅲ驱动旋转，所述转轴Ⅲ垂直于转轴Ⅱ设置；所述第三臂段通过转轴Ⅳ与夹手相连，所述转轴Ⅳ与固定在第三臂段上的驱动电机Ⅳ相连并由驱动电机Ⅳ驱动旋转，所述转轴Ⅳ同时垂直于转轴Ⅱ及转轴Ⅲ设置。

10.根据权利要求9所述的工程管道内况检测装置，其特征在于：所述夹手包括固定台、槽块、固定板、夹爪及“Y”形驱动杆，所述固定台与驱动电机Ⅳ传动连接；所述固定板通过槽块与固定台相连；两个所述夹爪对称设置，每一夹爪均包括爪头、驱动摇杆及从动摇杆，所述驱动摇杆与从动摇杆平行设置，所述驱动摇杆与从动摇杆的一端与爪头铰接相连、另一端与固定板铰接相连；所述“Y”形驱动杆由一根纵杆及两根对称的分支杆组成，所述槽块上设有用于容置纵杆并供纵杆滑动的滑槽；所述驱动电机Ⅴ的输出端与纵杆传动连接并驱动纵杆沿滑槽滑动；所述纵杆从固定板穿出后与两分支杆相连，所述分支杆设有滑道，所述驱动摇杆的底面设有滑柱，所述滑柱设于滑道中，使得两所述驱动摇杆可分别在两分支杆的直线滑动过程中张开或靠拢。