CN109611641A - 一种管道检测无线机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管道检测设备技术领域，旨在提供一种管道检测无线机器人，其技术方案要点是包括本体，所述本体外部分别设置有检测模块、采集模块、定位信号模块和和陀螺仪模块，所述本体内部安装有控制模块、第一信号传输模块、信号追踪模块和为所述控制模块供电的供电源，所述控制模块与所述检测模块、所述采集模块连接，所述采集模块、所述定位信号模块与所述第一信号传输模块连接，所述本体的两侧下方设置有与管道的内壁抵接的行走机构，所述控制模块用于驱动所述行走机构在管道内移动。本发明适用于长距离管道的实时监测。

Description

一种管道检测无线机器人
技术领域
本发明涉及管道检测设备技术领域，更具体地说，它涉及一种管道检测无线机器人。
背景技术
管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中，在城市生活中起着不容忽视的作用。
为了保证管道的安全运行，避免发生事故甚至减小事故造成的危害，管道上通常会安装检测设备，以实时监测管道内部的情况，在管道出现问题时及时进行修复，减少事故损失，以修复和养护管道。
管道检测设备一般包括控制主机和行走机器人两部分，控制主机的机箱上收卷有数据线，数据线与行走机器人相连，对行走机器人进行供电和两者之间的数据传输，实时检测和记录管道的变形、腐蚀等损伤情况，并准确定位的作业。
数据线的长度一般小于150米，限制了管道机器人的行程，同时，数据线越长，管道机器人在行走时受到的阻力越大，因此机器人本身的重量要与数据线匹配，导致长距离管道机器人的重量很重，需要多人同时搬运，操作不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道检测无线机器人，其与控制主机之间通过无线传输信号，进而检测机器人无需配套数据线，行程不受限制，同时，检测机器人自身的重量无需与数据线的重量匹配，自身重量减小，方便操作。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种管道检测无线机器人，包括本体，所述本体外部分别设置有检测模块、采集模块和定位信号模块，所述本体内部安装有控制模块、第一信号传输模块和用于为所述控制模块供电的供电源，所述控制模块与所述检测模块、所述采集模块连接，所述采集模块、所述定位信号模块与所述第一信号传输模块连接；
所述采集模块位于所述本体的两端，以用于采集并存储管道的图像情况；
所述检测模块位于所述本体的两端且在所述采集模块的上方，以用于识别障碍物；
所述定位信号模块位于所述本体的顶部且朝向地面，以用于发送所述本体的位置信号；
地面上设置有信号追踪模块，以用于接收所述定位信号模块发出的信号并对机器人的位置进行定位；
所述第一信号传输模块用于实时将所述采集模块存储的图像数据传输到地面控制台；
所述本体的两侧下方设置有与管道的内壁抵接的行走机构，所述控制模块用于驱动所述行走机构在管道内移动。
通过采用上述技术方案，检测模块对管道内的障碍物进行识别，并通过控制模块控制管道检测无线机器人在管道内无障碍前进，避免机器人被障碍物阻挡导致无法前进；采集模块采集管道内部的图像情况并将图像数据存储于储存模块内，将获取的管道内部信息经第一信号传输模块实时传输至地面控制台，以方便操作人员在地面上对管道内部的情况进行监测；定位信号模块向信号追踪模块发送信号，信号追踪模块利用信号对管道检测无线机器人的位置进行定位，以获取机器人的位置信息；控制模块驱动行走机构，以控制机器人在管道内移动；供电源为控制模块供电；进而检测机器人无需配套数据线，行程不受控制，同时，检测机器人自身的重量无需与数据线的重量匹配，自身重量减小，方便操作。
优选的，所述本体上还设置有用于定位管道检测无线机器人的位置的陀螺仪模块。
通过采用上述技术方案，陀螺仪模块自动将数据信息传输给控制模块，并在控制模块上记录一条路径轨迹，通过读取旋转轴所指示的方向，以控制管道检测无线机器人的运动方向，实现管道检测无线机器人的自我定位，进而利于控制模块精准控制机器人行走，避免机器人偏离路线。
优选的，所述检测模块包括障碍物检测传感器，所述障碍物检测传感器位于所述本体的两端且在所述采集模块的上方。
通过采用上述技术方案，障碍物检测传感器利用传感器内部发射出来的激光脉冲朝前进方向进行照射，计算激光从发射到接收的时间来确定障碍物到传感器的距离，以提前感知管道内部的障碍物并及时避开，避免管道检测无线机器人被障碍物阻挡而无法继续沿管道移动。
优选的，所述本体的两侧铰接有用于移开障碍物的钳手，所述钳手由夹持部、“L”型的伸缩筒和电缸组成，所述电缸驱动所述伸缩筒动作，所述夹持部由绕其轴线方向铰接的两块电磁铁组成。
通过采用上述技术方案，当障碍物检测传感器检测到有障碍物时，控制模块控制电缸和电磁铁动作，使伸缩筒展开至靠近障碍物的位置，两块电磁铁相互吸合，以驱动钳手，使钳手夹住障碍物并朝管道的两侧移动并松开，将障碍物放置在管道内部的两侧位置，以避免障碍物挡住管道检测无线机器人前进。
优选的，所述钳手可收纳于所述本体内部。
通过采用上述技术方案，当障碍物检测传感器未检测到有障碍物时，钳手可收缩至最小状态并收纳在本体内部，以避免钳手占用管道的内部空间，妨碍管道检测无线机器人在管道内部移动。
优选的，所述定位信号模块为发射天线，所述信号追踪模块为接收天线，所述发射天线沿平行于管道轴线方向安装在所述本体上，所述接收天线沿垂直于所述发射天线的方向安装于地面上。
通过采用上述技术方案，接收天线接收垂直于发射天线方向磁场变化的幅值信号，通过检测信号的强度变化找到此时管道检测无线机器人的位置，在管外对管道内部的机器人实现定位，以提供管道检测无线机器人的位置信息，针对性地对可能存在破损的管道区域加大检测力度，帮助操作人员快速找到管道的故障问题并及时进行修复，提高修复效率。
优选的，地面上设置有第二信号传输模块，所述第一信号传输模块、所述第二信号传输模块之间，所述第二信号传输模块与地面控制台之间通过无线网桥连接。
通过采用上述技术方案，无线网桥将管道检测无线机器人内的第一信号传输模块、地面上的第二信号传输模块、地面控制台连接在一起，组成一个统一的局域网，第一信号传输模块接收采集模块采集到的数据，并经无线网桥将数据传输到第二信号传输模块，第二信号传输模块接收第一信号传输模块发送的数据，并经无线网桥传送至地面控制台，经地面控制台转换成屏幕上能够看到的图像，进而操作人员能够在地面上了解管道内部的实时情况。
优选的，所述采集模块为管道闭路电视检测系统，所述管道闭路电视检测系统的摄像头位于所述本体的两端，所述管道闭路电视检测系统与所述第一信号传输模块连接。
通过采用上述技术方案，管道闭路电视检测系统通过闭路电视录像的形式，使用摄像头进入管道内部拍摄，影像数据经第一信号传输模块传送到第二信号传输模块中，经地面控制台转换成屏幕上能够看到的图像，对管道的情况进行实时拍摄监测，以帮助工作人员最大限度地了解现场情况，提供可靠有效的现场数据信息。
优选的，所述行走机构包括驱动轮和电机，所述电机位于所述驱动轮的安装位置内部且驱动所述驱动轮的转轴转动。
通过采用上述技术方案，控制模块控制电机，电机驱动驱动轮转动，驱动轮将管道检测无线机器人与管道之间的滑动摩擦力变换为滚动摩擦力，以减小管道检测无线机器人在管道内部行走的阻力，利于管道检测无线机器人沿管道内部移动。
优选的，所述驱动轮呈“八”字型且在所述本体的两侧斜向下设置。
通过采用上述技术方案，“八”字型驱动轮与管道的内壁抵接且与本体本身组成三角形支撑结构，使管道检测无线机器人稳固地位于管道的内部，利于管道检测无线机器人展开检测工作。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、管道检测无线机器人上设置有用于识别障碍物的检测模块、用于采集并存储管道实时情况的采集模块、用于驱动行走机构在管道内移动的控制模块和用于将存储的数据传输到地面控制台的第一信号传输模块，进而检测机器人的行程不受限制，同时，检测机器人自身的重量减小，方便操作；
2、本体两侧的钳手用于移开管道内部发现的障碍物，避免障碍物妨碍管道检测无线机器人在管道内部移动，同时，钳手的伸缩筒可伸缩，以减小占用空间；
3、信号追踪模块接收定位信号模块发出的信号，对管道检测无线机器人的位置进行定位，以提供管道检测无线机器人的位置信息，帮助操作人员快速找到管道的故障问题并及时进行修复，提高修复效率；
4、陀螺仪模块实现管道检测无线机器人的自我定位，利于控制模块精准控制机器人行走，避免机器人偏离路线；
5、沿本体两侧斜向下设置的“八”字型驱动轮与管道的内壁抵接，以稳固支撑管道检测无线机器人，利于管道检测无线机器人展开检测工作。
附图说明
图1是一种管道检测无线机器人在管道内部的示意图；
图2是一种管道检测无线机器人的结构示意图；
图3是钳手和驱动轮的结构示意图；
图4是图3的A的放大图；
图5是一种管道检测无线机器人的模块示意图。
图中：1、障碍物检测传感器；2、摄像头；3、安装架；4、驱动轮；5、第二信号传输模块；6、地面控制台；7、发射天线；8、接收天线；9、本体；10、管道；11、钳手；111、夹持部；112、伸缩部；1121、套筒；1122、套杆；113、电缸；12、电机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1和图5，为本发明公开的一种管道检测无线机器人，包括本体9，本体9呈长条型且沿管道10内部的轴线方向设置。
本体9的内部安装有用于发送和接收数据的第一信号传输模块(图中未示出)，地面上安装有用于发送和接收数据的第二信号传输模块5和地面控制台6，第一信号传输模块、第二信号传输模块5与地面控制台6之间通过无线网桥连接。
参照图1和图2，本体9上设置有定位信号模块，地面上设置有用于接收定位信号模块发出的信号并对机器人的位置进行定位的信号追踪模块，定位信号模块包括发射天线7，发射天线7为低频电磁波发射天线，信号追踪模块包括接收天线8，接收天线8为低频电磁波接收天线，发射天线7沿平行于管道10轴线方向安装在本体9的顶部，发射天线7与第一信号传输模块连接，接收天线8沿垂直于发射天线7的方向安装于地面上，进而信号追踪模块能接收定位信号模块发出的信号并对管道10内部的管道检测无线机器人进行定位，以针对性地对可能存在破损的管道10区域加大检测力度，帮助操作人员快速找到管道10的故障问题并及时进行修复，提高管道10修复效率。
参照图2和图5，本体9的两端分别设置有障碍物检测传感器1，障碍物检测传感器1为检测模块，以用于识别管道10内部的障碍物。
本体9的两端在障碍物检测传感器1的下方位置均设置有摄像头2，摄像头2是管道闭路电视检测系统的组成部分，管道闭路电视检测系统与第一信号传输模块连接，管道闭路电视检测系统为采集模块，以用于采集并存储管道10内部的图像情况，采集模块与第一信号传输模块连接。
管道闭路电视检测系统带有光源(图中未示出)，以对管道10内部的光线进行补充，提高管道10内部的光线强度，进而达到消除图像中的阴影、提高图像的整体明亮度、摄像轮廓更清楚的效果，利于管道闭路电视检测系统对管道10内部情况的拍摄。
本体9顶部安装有陀螺仪位置传感器(图中未示出)，陀螺仪位置传感器是陀螺仪模块的组成部分，以控制管道检测无线机器人的运动方向，实现管道检测无线机器人的自我定位，避免机器人偏离路线。
参照图3和图4，本体9的两侧斜向下设置有与管道10的内壁抵接的驱动轮4，驱动轮4有四个且沿本体9的轴线方向对称设置，本体9的侧面中部套设固定有安装架3，驱动轮4呈“八”字型且固定于安装架3上，驱动轮4通过电机12驱动，电机12的输出轴与驱动轮4的转轴固定，电机12固定在驱动轮4的安装位置内部，管道检测无线机器人与驱动轮4组成三角形支撑结构，以使管道检测无线机器人稳固地位于管道10的内部，利于管道检测无线机器人展开检测工作，同时，驱动轮4减小了管道检测无线机器人在管道10内部行走的阻力，利于管道检测无线机器人沿管道10内部移动。
驱动轮4和电机12组成行走机构，本体9内部安装有用于控制行走机构在管道10内部移动的控制模块(图中未示出)，控制模块为微处理器，微处理器与障碍物检测传感器1、采集模块和陀螺仪模块连接。
本体9内部设置有与微处理器连接的蓄电池(图中未示出)，蓄电池为供电源且为锂离子蓄电池，其重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长，将化学能转换为电能，为管道检测无线机器人提供能源，同时，通过可逆的化学反应实现再充电的效果，节能高效。
本体9的两侧下方铰接有钳手11，以用于夹持管道10内部的障碍物，钳手11由夹持部111、“L”型的伸缩筒112和电缸113组成，伸缩筒112包括“L”型的套筒1121和套接于套筒1121内的套杆1122组成，套筒1121内部设置有电缸113，电缸113的输出轴与套杆1122的内壁固定，电缸113驱动伸缩筒112沿自身做直线运动，夹持部111由绕其轴线方向铰接的两块电磁铁组成。
本实施例的实施原理为：在检测管道10时，微处理器控制电机12的输出轴转动，电机12带动驱动轮4转动，以使管道检测无线机器人在管道10内部爬行。
当管道检测无线机器人沿管道10内部爬行时，陀螺仪位置传感器将信息传输给微处理器，微处理器上记录一条机器人的路径轨迹，通过读取旋转轴所指示的方向，以实现管道检测无线机器人的自我定位，为管道检测无线机器人提供移动方向，利于控制模块精准控制机器人行走，避免机器人偏离路线。
管道闭路电视检测系统的摄像头2实时采集管道10内部的图像情况并将图像数据存储起来，再传输至第一信号传输模块，第一信号传输模块经无线网桥实时传输至地面上的第二信号传输模块5，第二信号传输模块5经无线网桥再传送至地面控制台6，地面控制台6将其转换成屏幕上能够看到的图像，以对管道10的情况进行实时拍摄监测，帮助工作人员了解管道10内部的情况，提供可靠有效的现场数据信息以方便操作人员在地面上对管道10内部的情况进行监测。
障碍物检测传感器1对管道10内部进行监测。
当检测到管道10内部有障碍物时，障碍物检测传感器1向微处理器输入电信号，微处理器控制电缸113的输出轴运动，带动套杆1122沿远离套筒1121的方向移动，使伸缩筒112逐渐展开至靠近障碍物的位置，同时，两块电磁铁通电吸合，以使夹持部111夹住障碍物并朝管道10的两侧移动并松开，将障碍物放置在管道10内部的两侧位置，避免障碍物挡住管道检测无线机器人前进，进而避免管道检测无线机器人被障碍物阻挡而无法继续沿管道10移动。
当未检测到管道10内部有障碍物时，障碍物检测传感器1向微处理器输入电信号，微处理器控制电缸113的输出轴反向运动，带动套杆1122朝靠近套筒1121的方向移动，使伸缩筒112逐渐收缩至靠近本体9的两侧下方位置，以避免钳手11占用管道10的内部空间，妨碍管道检测无线机器人在管道10内部移动。
操作人员借助接收天线8接收垂直于发射天线7方向磁场变化的幅值信号，通过检测信号的强度变化找到此时管内机器人的位置，在管外对管道10内部的机器人实现定位。
进而管道检测机器人无需配套数据线，行程不受限制，同时，管道检测机器人自身的重量无需与数据线的重量匹配，自身重量减小，方便操作。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管道检测无线机器人，其特征是：包括本体(9)，所述本体(9)外部分别设置有检测模块、采集模块和定位信号模块，所述本体(9)内部安装有控制模块、第一信号传输模块和用于为所述控制模块供电的供电源，所述控制模块与所述检测模块、所述采集模块连接，所述采集模块、所述定位信号模块与所述第一信号传输模块连接；
所述采集模块位于所述本体(9)的两端，以用于采集并存储管道10的图像情况；
所述检测模块位于所述本体(9)的两端且在所述采集模块的上方，以用于识别障碍物；
所述定位信号模块位于所述本体(9)的顶部且朝向地面，以用于发送所述本体(9)的位置信号；
地面上设置有信号追踪模块，以用于接收所述定位信号模块发出的信号并对机器人的位置进行定位；
所述第一信号传输模块用于实时将所述采集模块存储的图像数据传输到地面控制台(6)；
所述本体(9)的两侧下方设置有与管道10的内壁抵接的行走机构，所述控制模块用于驱动所述行走机构在管道10内移动。
2.根据权利要求1所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：所述本体(9)上还设置有用于定位管道10检测无线机器人的位置的陀螺仪模块。
3.根据权利要求1所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：所述检测模块包括障碍物检测传感器(1)，所述障碍物检测传感器(1)位于所述本体(9)的两端且在所述采集模块的上方。
4.根据权利要求3所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：所述本体(9)的两侧铰接有用于移开障碍物的钳手(11)，所述钳手(11)由夹持部(111)、“L”型的伸缩筒(112)和电缸(113)组成，所述电缸(113)驱动所述伸缩筒(112)动作，所述夹持部(111)由绕其轴线方向铰接的两块电磁铁组成。
5.根据权利要求4所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：所述钳手(11)可收纳于所述本体(9)内部。
6.根据权利要求1所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：所述定位信号模块为发射天线(7)，所述信号追踪模块为接收天线(8)，所述发射天线(7)沿平行于管道10轴线方向安装在所述本体(9)上，所述接收天线(8)沿垂直于所述发射天线(7)的方向安装于地面上。
7.根据权利要求1所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：地面上设置有第二信号传输模块(5)，所述第一信号传输模块、所述第二信号传输模块(5)之间，所述第二信号传输模块(5)与地面控制台(6)之间通过无线网桥连接。
8.根据权利要求7所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：所述采集模块为管道10闭路电视检测系统，所述管道10闭路电视检测系统的摄像头(2)位于所述本体(9)的两端，所述管道10闭路电视检测系统与所述第一信号传输模块连接。
9.根据权利要求1所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：所述行走机构包括驱动轮(4)和电机(12)，所述电机(12)位于所述驱动轮(4)的安装位置内部且驱动所述驱动轮(4)的转轴转动。
10.根据权利要求9所述的一种管道检测无线机器人，其特征是：所述驱动轮(4)呈“八”字型且在所述本体(9)的两侧斜向下设置。
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