CN110185887A - 一种管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道检测机器人，属于管道机器人领域，所述管道检测机器人包括：摄像舱、密封舱、动力舱、电源舱和动力伞，所述摄像舱和所述密封舱相连，所述动力伞固定在所述密封舱的侧面，所述密封舱的底部连接所述动力舱，所述动力舱底部设置所述电源舱；所述动力舱利用流体作为机器人前进动力改变机器人的前进方向，地面装置利用连接在机器人上的光缆释放和收回机器人。本发明利用推进器改变机器人前进方向，地面装置利用连接在机器人上的光缆释放和收回机器人。本发明降低了机器人的复杂度，提高机器人的检测距离和续航性能，实现了对复杂情况的及时处理。

Description

一种管道检测机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种管道检测机器人。

背景技术

由于长距离输水管道工作环境恶劣，长期使用后容易发生管道腐蚀、破损等问题，导致管道内水资源泄漏，增加供水能耗，降低经济效益，而且一些漏点往往是爆管的前兆，直接关系地下管网的安全运行，进而影响社会生产和生活稳定。基于该问题，出现了管道机器人。

但传统的管道机器人使用内置动力装置，牵引力小，检测距离近，无法实时获取管道内信息，不能对管道内的各种复杂环境及时做出处理，因此有必要研制出一种管道机器人，解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种管道检测机器人，利用流体作为机器人前进动力，利用推进器改变机器人前进方向，地面装置利用连接在机器人上的光缆释放和收回机器人。本发明降低了机器人的复杂度，提高机器人的检测距离和续航性能，实现了对复杂情况的及时处理，详见下文描述：

一种管道检测机器人，包括：摄像舱、密封舱、动力舱、电源舱和动力伞，所述摄像舱和所述密封舱相连，所述动力伞固定在所述密封舱的侧面，所述密封舱的底部连接所述动力舱，所述动力舱底部设置所述电源舱；

所述动力舱利用流体作为机器人前进动力改变机器人的前进方向，地面装置利用连接在机器人上的光缆释放和收回机器人。

其中，所述动力舱包括：

一号推进器限位块和二号推进器限位块之间通过圆柱形支柱固定；

推进器固定块通过上下两个舵机分别与一号推进器限位块和二号推进器限位块相连，推进器固定块绕中心轴180度转动；

推进器固定在推进器固定块上，推进器固定块上连接有舵机，舵机转动平面与推进器的中心轴垂直；推进器内设置有螺旋叶片，螺旋叶片正向转动时机器人沿推进器中心轴正方向移动，螺旋叶片反向转动时机器人沿推进器中心轴负方向移动；

通过改变舵机转动角度和推进器的螺旋叶片转向实现机器人在两个自由度方向的移动。

进一步地，所述摄像舱包括：固定在前盖上的透明罩，在半球形的透明罩内部还设置有摄像头模块，所述摄像头模块中的云台沿两个自由度方向转动拍摄管道内的视频信息。

其中，所述密封舱包括：

数据交换模块固定在支板左侧，电源电路板和光电转换模块固定在隔板右侧，电源电路板分别为摄像头模块、数据交换模块、光电转换模块以及动力舱提供电压；

数据交换模块将获取到的数据传输给光电转换模块，光电转换模块利用光纤进行数据传输并发送到上位机中。

具体实现时，通过改变动力伞受力面积改变前进速度。

进一步地，所述电源舱内部包含电池保护板和锂电池。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明中，使用流体动力推动机器人前进，使用一个推进器作为变向的动力装置。推进器内有螺旋叶片，螺旋叶片正向转动时机器人沿推进器中心轴正方向移动，螺旋叶片反向转动时机器人沿推进器中心轴负方向移动。推进器固定在推进器固定块上，推进器固定块上连有舵机，舵机转动平面与推进器中心轴垂直。舵机转动时可带动推进器中心轴一同转动。转动范围为0～180度。由此可以通过改变舵机转动角度和推进器螺旋叶片转向实现机器人在两个自由度方向的移动。

由于只有一个动力装置，减少了机器人的复杂度，提高机器人的检测距离和续航性能，提高了装置的可靠性。

2、本发明中，摄像头模块将视频信息通过网线传给数据交换模块，数据交换模块将各个传感器的数据汇总并发送给光电转换模块，光电转换模块将电信号转换为光信号，并通过光缆发送给上位机。使用光缆进行数据传输，大大降低了装置成本，增加信号的传输距离和抗干扰能力。同时所使用光缆为特质光缆，其特征为密度与管道内流体的密度相同。光缆可以悬浮在管道内流体中，不会对机器人的前进产生阻碍，由此减少了光缆对机器人运动的干扰，增加装置的灵活性。

3、本发明中，管道内装置与上位机实时通信，摄像头将管道内视频信息实时发送至上位机中。当机器人在前进路途中遇到障碍物或者管道直径变小区域时，上位机对下位机发送的视频信息进行图像处理，识别管道大小及形状，判断管道内状况，自动向推进器舵机和推机器发出有效指令，利用推进器控制机器人在管道内横向移动，避过障碍物，驶离危险区域。

使用实时的视频信息传输和上位机控制，能够对管道内复杂的情况做出合理应对，提高了装置的灵活性和安全性。

4、本发明中，本装置的密度与管道内流体的密度相同，可以悬浮在管道中。本发明利用管道内流体为本装置提供动力。当管道内流体动力不足时，增大动力伞的张开面积增大动力，当管道内流体动力过大时，减小动力伞的张开面积减小动力。通过改变动力伞的张开面积可以灵活的控制机器人在管道中的前进速度，具有较高的灵活性和环境适应性。

5、本发明中，管道内装置通过光缆与地面装置相连。当本装置在管道内向前移动时，地面装置不断释放光缆，当遇到异常区域时，可以停止释放光缆，同时关闭动力伞，本装置静止在管道异常区域，测量管道内数据并反馈给上位机。当测量结束时，关闭动力伞，地面装置收起光缆结束检测。同时，地面的光缆计米器装置可以通过测量释放的光缆的长度得出管道内机器人的位置，确定管道内异常区域所在的位置信息。

附图说明

图1为管道检测机器人的结构示意图；

图2为管道检测机器人的剖面结构示意图；

图3为摄像舱的结构示意图；

图4密封舱的结构示意图；

图5为动力舱的结构示意图；

图6为密封舱的剖视图；

图7为动力舱的剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1为摄像舱，2为密封舱，3为动力舱，4为电源舱，5为透明罩，6为摄像头模块，7为前盖，8为一号支板，9为二号支板，10为电源PCB模块，11为数据交换模块，12为光电转换模块，13为密封舱壳体，14为密封舱支柱，15为三号支板，16为后盖，17为一号推进器限位块，18为舵机，19为推进器固定块，20为推进器，21为二号推进器限位块，22为动力舱支柱，23为动力伞。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供的一种管道检测机器人，参见图1-图7，包括：摄像舱1、密封舱2、动力舱3和电源舱4和动力伞23。

摄像舱1包括：透明罩5、摄像头模块6、前盖7。透明罩5呈半球形，由钢化玻璃制成，透明度高，抗压能力强，内有摄像头模块6，摄像头模块6拍摄管道内视频信息，利用双绞线进行数据传输。

摄像头模块6中的云台可以沿两个自由度方向转动，可以使用上位机控制云台转动，获取管道内不同位置的图像信息。摄像头模块6固定在前盖7上。

密封舱2包括：一号支板8、二号支板9、电源电路板10、数据交换模块11、光电转换模块12、密封舱壳体13、密封舱支柱14、三号支板15和后盖16。数据交换模块11固定在二号支板9左侧。电源电路板10和光电转换模块12固定在二号隔板9右侧。电源电路板10分别为摄像头模块6、数据交换模块11、光电转换模块12以及动力舱3提供合适的电压。数据交换模块11连接摄像头模块6及各种传感器，将获取到的数据传输给光电转换模块12，光电转换模块12将电信号转换为光信号，利用光纤进行数据传输，将数据发送到上位机中，同时也可以接收上位机发送的控制命令，将控制命令发送至管道机器人的对应部分。一号支板8与后盖16通过4根密封舱支柱14进行固定，圆柱形壳体13上下两端由前盖8和后盖16固定，起到密封保护功能。

动力舱3包括一号推进器限位块17、二号推进器限位块21、推进器固定块19和推进器20、舵机18。一号推进器限位块17和二号推进器限位块21之间通过4根圆柱形支柱22进行固定。推进器固定块19为环状，通过上下两个舵机分别与一号推进器限位块17和二号推进器限位块21相连，推进器固定块19可以绕中心轴180度转动。推进器20固定在推进器固定块19上。

电源舱内部包含电池保护板和18650型高性能锂电池，用于为整个装置提供电能。

本发明的工作过程为：

使用本发明进行管道检测时，将本发明置于管道中。由于本发明与管道内流体密度相同，因此可以悬浮在流体中，排除了装置自身浮力的影响。本发明以管道内流体流动为动力，随流体向前移动。当管道内流体动力不足时，增大动力伞23的张开面积增大动力，当管道内流体动力过大时，减小动力伞23的张开面积减小动力。本发明后部的电池舱4连有光缆，光缆另一端与地面装置固定。随着地面装置不断释放光纤，本发明在管道内流体的推动下向前移动，同时位于地面的光缆计米器装置根据释放的光缆长度计算机器人在管道内的位置。本发明使用一个推进器20作为变向的动力装置。推进器20内有螺旋叶片，螺旋叶片正向转动时机器人沿推进器中心轴正方向移动，螺旋叶片反向转动时机器人沿推进器中心轴负方向移动。推进器20固定在推进器限位块19上，推进器限位块19上连有舵机18，舵机18转动平面与推进器20中心轴垂直。舵机18转动时可带动推进器20中心轴一同转动。转动范围为0～180度。由此可以通过改变舵机18转动角度和推进器20螺旋叶片转向实现机器人在两个自由度方向的移动。在执行管道检测过程中，摄像舱1将视频信息通过网线传给数据交换模块11，数据交换模块11将各个传感器的数据汇总并发送给光电转换模块12，光电转换模块12将电信号转换为光信号，并通过光缆发送给上位机，完成数据传输过程。上位机及时对本装置发送的视频信息进行图像处理，判断管道的形状和大小，获取管道内最新状况，控制本装置在管道内移动。控制命令通过光缆传送给光电转换模块12，光电转换模块将光信号转换为电信号，并发送给数据交换模块11，数据交换模块11将控制命令分别发送给动力舱3的舵机18，舵机18控制推进器中心轴角度，推进器20正反转使得机器人在管道截面两个自由度方向移动，达到控制机器人移动的目的。

当机器人在前进途中遇到障碍物或者管道直径变小区域时，上位机根据下位机发送的视频信息得出管道内具体状况，自动向下位机发出有效指令，利用推进器20控制机器人在管道内移动，避过障碍物，驶离危险区域。当测量结束时，关闭动力伞23，地面装置逐渐收起光缆，将机器人拉出管道，结束检测。

当遇到需要检测的异常区域时，可以停止释放光缆，同时关闭动力伞23，本装置静止在管道异常区域，机器人测量管道内数据并传输给上位机。同时，地面的光缆计米器装置可以通过测量释放的光缆的长度计算管道内机器人的位置，确定管道出现异常状况的区域。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种管道检测机器人，包括：摄像舱、密封舱、动力舱、电源舱和动力伞，其特征在于，

所述摄像舱和所述密封舱相连，所述动力伞固定在所述密封舱的侧面，所述密封舱的底部连接所述动力舱，所述动力舱底部设置所述电源舱；

所述动力舱利用流体作为机器人前进动力改变机器人的前进方向，地面装置利用连接在机器人上的光缆释放和收回机器人。

2.根据权利要求1所述的一种管道检测机器人，其特征在于，所述动力舱包括：

一号推进器限位块和二号推进器限位块之间通过圆柱形支柱固定；

推进器固定块通过上下两个舵机分别与一号推进器限位块和二号推进器限位块相连，推进器固定块绕中心轴180度转动；

推进器固定在推进器固定块上，推进器固定块上连接有舵机，舵机转动平面与推进器的中心轴垂直；推进器内设置有螺旋叶片，螺旋叶片正向转动时机器人沿推进器中心轴正方向移动，螺旋叶片反向转动时机器人沿推进器中心轴负方向移动；

通过改变舵机转动角度和推进器的螺旋叶片转向实现机器人在两个自由度方向的移动。

3.根据权利要求1所述的一种管道检测机器人，其特征在于，所述摄像舱包括：固定在前盖上的透明罩，

在半球形的透明罩内部还设置有摄像头模块，所述摄像头模块中的云台沿两个自由度方向转动拍摄管道内的视频信息。

4.根据权利要求1所述的一种管道检测机器人，其特征在于，所述密封舱包括：

数据交换模块固定在支板左侧，电源电路板和光电转换模块固定在隔板右侧，电源电路板分别为摄像头模块、数据交换模块、光电转换模块以及动力舱提供电压；

数据交换模块将获取到的数据传输给光电转换模块，光电转换模块利用光纤进行数据传输并发送到上位机中。

5.根据权利要求1所述的一种管道检测机器人，其特征在于，通过改变动力伞受力面积改变前进速度。

6.根据权利要求1所述的一种管道检测机器人，其特征在于，所述电源舱内部包含电池保护板和锂电池。