CN112856242A - 一种管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道检测机器人，包括主载体和承载于其上的摄像头，主载体的前侧和后侧分别设置有主推进螺旋桨和后推进螺旋桨，主推进螺旋桨借助于水流的推力实现整体系统的移动，能够节省电能，解决了动力和长距离移动的问题；在泄漏点前后，主载体受到水流方向影响会偏离中心而运动，启动摄像头摄像，解决了无序摄像和内存问题，此时设置于主载体迎流侧的自平衡螺旋桨开始转动，通过锥齿轮和锥形齿环以及后推进螺旋桨，将侧向推力转化为向前移动的助力；根据自平衡螺旋桨的角速度、加速度和旋转圈数就可以确定疑似泄漏点的大小和位置，采用无线形式和定点拍摄技术，实现精准、快速、长距离巡航找到管道泄漏点。

Description

一种管道检测机器人

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种管道检测机器人。

背景技术

自动化检测已经广泛应用于人们日常生活的各个领域，然而在大型液体传输管道(如给水管、排水管、输油管等)检测领域自动化程度却比较低，不能实现带水作业。

现有技术没有很好地利用机器人技术进行管道检测，不能实现带水作业。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种改进型的管道检测机器人，采用无线形式和定点拍摄技术，克服现有技术的不足，精准、快速的找到管道泄漏点。

一种管道检测机器人，包括可移动的主载体和承载于其上用于拍摄图像的摄像头，主载体整体为圆筒型，主载体的前侧和后侧分别设置有主推进螺旋桨和后推进螺旋桨，主推进螺旋桨伸出主载体的外侧，后推进螺旋桨位于主载体的后侧的缩进孔内；

主载体的周侧均匀设置有4N个自平衡螺旋桨，每个自平衡螺旋桨的内侧同轴连接一个锥齿轮，锥齿轮与主载体内的锥形齿环啮合，锥形齿环同轴连接并驱动后推进螺旋桨；

主载体底部重上部轻，每个锥齿轮与自平衡螺旋桨的连接轴上设置有用于计量自平衡螺旋桨的角速度和旋转圈数的编码器，主载体内设置有主控模块，主控模块以有线或无线方式将自平衡螺旋桨的角速度和旋转圈数发送至外部分析装置；

外部分析装置根据各个自平衡螺旋桨的旋转角速度、加速度和旋转圈数判断主载体周侧的流体环境；

N为自然数。

优选的，当液体输送管道的某个点发生泄露后，管道内的液体在向前流动的同时会向泄漏点流动，主载体发生径向偏移，迎流的方向处的自平衡螺旋桨在受到水流偏离中心推动的同时首先转动，发生偏离流道中心的移动，在锥形齿环的带动下，其它侧的自平衡螺旋桨也随着转动，驱动主载体向水流中心移动，有自平衡的趋势，逐渐恢复新的平衡；根据各个自平衡螺旋桨的旋转角速度和旋转圈数可以计算出疑似泄漏点的泄露速度和位置。

优选的，主载体的周侧还均匀设置有4个主动平衡螺旋桨，主控模块通过电机分别驱动每个主动平衡螺旋桨转动，以校正主载体位于管道的中间流道上。

优选的，主载体的周侧还均匀设置有多个红外测距仪，红外测距仪用于测量主载体偏移管道的流体中间的距离；

主控模块根据测量得到的偏移距离控制主动平衡螺旋桨的转速和转动时间，以使主载体回到管道的流体中间位置。

优选的，主载体的外侧壁设置阵列台阶孔，自平衡螺旋桨内嵌于台阶孔的外孔部分，自平衡螺旋桨的安装轴穿过台阶孔的内孔部分伸入主载体内。

优选的，主载体发生径向偏移时，主控模块控制摄像头对疑似泄露点进行拍照。

优选的，主推进螺旋桨的桨叶在3个以上，桨叶上设置有可开合的漏水孔；

主载体的前端设置有泄压孔，泄压孔的进水端位于主载体的前端，泄压孔的出水端位于主载体的前端的侧部，泄压孔可开合设置。

优选的，上述主载体回到管道的流体中间位置，主控模块控制主载体悬停1秒钟以上，主控模块以有线或无线方式向外发出精准的定位信息；

当主载体距离疑似泄露点达到设定的距离范围时，主控模块控制主载体悬停1秒钟以上，主控模块控制摄像头对疑似泄露点进行拍照或录像。

优选的，摄像头的数量在3个以上，摄像头均布于主载体的周侧，摄像头位于主动平衡螺旋桨的下部；各个主动平衡螺旋桨同步转动，可以清洗摄像头的表面。或，各个主动平衡螺旋桨不同步转动，分别清洗各个清洗摄像头的表面。

优选的，主推进螺旋桨、后推进螺旋桨、自平衡螺旋桨、主动平衡螺旋桨和泄压孔的外侧设置有防护罩。

本发明的有益效果是：一种管道检测机器人，包括可移动的主载体和承载于其上用于拍摄图像的摄像头，主载体整体为圆筒型，主载体的前侧和后侧分别设置有主推进螺旋桨和后推进螺旋桨，主推进螺旋桨伸出主载体的外侧，后推进螺旋桨位于主载体的后侧的缩进孔内；主推进螺旋桨主要借助于水流的推力实现整体系统的移动，能够节省电能，解决了动力和长距离移动的问题；主载体的周侧均匀设置有4N个自平衡螺旋桨，每个自平衡螺旋桨的内侧同轴连接一个锥齿轮，锥齿轮与主载体内的锥形齿环啮合，锥形齿环同轴连接并驱动后推进螺旋桨；在泄漏点前后，主载体受到水流方向影响会偏离中心而运动，此时迎流侧的自平衡螺旋桨开始转动，通过锥齿轮和锥形齿环以及后推进螺旋桨，将侧向推力转化为向前移动的助力；同时，在锥形齿环的带动作用下，其它的自平衡螺旋桨开始转动，产生了与初始运动的自平衡螺旋桨相反的推力，助力主载体回到流道中间的位置，每个锥齿轮与自平衡螺旋桨的连接轴上设置有用于计量自平衡螺旋桨的角速度和旋转圈数的编码器，主载体内设置有主控模块，主控模块以有线或无线方式将自平衡螺旋桨的角速度和旋转圈数发送至外部分析装置，外部分析装置根据自平衡螺旋桨的角速度、加速度和旋转圈数就可以确定疑似泄漏点的大小和位置；主载体底部重上部轻，在移动过程中保持直立状态，便于各个自平衡螺旋桨的定位和工作，外部分析装置根据各个自平衡螺旋桨的旋转角速度、加速度和旋转圈数判断主载体周侧的流体环境，从而获得了一种改进型的管道检测机器人，采用无线形式和定点拍摄技术，克服现有技术的不足，精准、快速、可以长距离的找到管道泄漏点。

附图说明

下面结合附图对本发明的管道检测机器人作进一步说明。

图1是本发明管道检测机器人的剖面结构示意图。

图2是本发明管道检测机器人的图1的A处的局部放大图。

图3是本发明管道检测机器人的图1的B处的局部放大图。

图4是本发明管道检测机器人的主推进螺旋桨的结构示意图。

图中：

1-主载体；11-缩进孔；21-主推进螺旋桨；211-桨叶；2111-漏水孔；22-后推进螺旋桨；31-自平衡螺旋桨；32-主动平衡螺旋桨；4-锥齿轮；5-锥形齿环；6-编码器；01-摄像头；02-主控模块；03-外部分析装置；04-泄压孔。

具体实施方式

下面结合附图1~4并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种管道检测机器人，包括可移动的主载体1和承载于其上用于拍摄图像的摄像头01，主载体1整体为圆筒型，主载体1的前侧和后侧分别设置有主推进螺旋桨21和后推进螺旋桨22，主推进螺旋桨21伸出主载体1的外侧，后推进螺旋桨22位于主载体1的后侧的缩进孔11内；

主载体1的周侧均匀设置有4N个自平衡螺旋桨31，每个自平衡螺旋桨31的内侧同轴连接一个锥齿轮4，锥齿轮4与主载体1内的锥形齿环5啮合，锥形齿环5同轴连接并驱动后推进螺旋桨22；

主载体1底部重上部轻，每个锥齿轮4与自平衡螺旋桨31的连接轴上设置有用于计量自平衡螺旋桨31的角速度和旋转圈数的编码器6，主载体1内设置有主控模块02，主控模块02以有线或无线方式将自平衡螺旋桨31的角速度和旋转圈数发送至外部分析装置03；

外部分析装置03根据各个自平衡螺旋桨31的旋转角速度、加速度和旋转圈数判断主载体1周侧的流体环境；

N为自然数。

主载体1整体为圆筒型，可以减少液体的阻力，主载体1漂浮在管道内，实现管道工作环境下的测量工作，主推进螺旋桨21伸出主载体1的外侧，可以更好地接收液体流动方向上的推力，实现更好地助力作用；后推进螺旋桨22位于主载体1的后侧的缩进孔11内，避免后推荐螺旋桨22在不工作的状态下产生移动阻力；主推进螺旋桨21主要借助于水流的推力实现整体系统及主载体1的移动，能够节省电能，解决了动力和长距离移动的问题；在泄漏点前后，主载体1受到水流方向影响会偏离中心而运动，此时迎流侧的自平衡螺旋桨31开始转动，通过锥齿轮4和锥形齿环5以及后推进螺旋桨22，将泄漏点处的侧向推力转化为向前移动的助力；同时，在锥形齿环5的带动作用下，其它的自平衡螺旋桨31开始转动，产生了与初始运动的自平衡螺旋桨31相反的推力，助力主载体1回到流道中间的位置，每个锥齿轮4与自平衡螺旋桨31的连接轴上设置有用于计量自平衡螺旋桨31的角速度、角加速度和旋转圈数的编码器6，主载体1内设置有主控模块02，主控模块02以有线或无线方式将自平衡螺旋桨31的角速度、角加速度和旋转圈数发送至外部分析装置03，外部分析装置03根据自平衡螺旋桨31的角速度、角加速度和旋转圈数就可以确定疑似泄漏点的大小和位置；在主载体1偏离中心流道设定的距离后启动摄像头01开始摄像，从而可以针对的进行拍摄动作，避免无序和无效拍摄；主载体1底部重上部轻，在移动过程中保持直立状态，便于各个自平衡螺旋桨31的定位和工作，外部分析装置03根据各个自平衡螺旋桨31的旋转角速度、加速度和旋转圈数判断主载体周侧的流体环境，从而获得了一种改进型的管道检测机器人，采用无线形式和定点拍摄技术，克服现有技术的不足，精准、快速、长距离巡航的找到管道泄漏点。

本实施例中，主载体1还设置有定位模块，通过定位模块可以实时跟踪主载体1的大体位置，位置偏差在5米以内。

本实施例中，N为1，根据需要N也可以是2、3、4、5……。

本实施例中，当液体输送管道的某个点发生泄露后，管道内的液体在向前流动的同时会向泄漏点流动，主载体1发生径向偏移，迎流的方向处的自平衡螺旋桨31首先转动，在锥形齿环5的带动下，其它自平衡螺旋桨31也随着转动，根据各个自平衡螺旋桨31的旋转角速度和旋转圈数可以计算出疑似泄漏点的泄露速度和位置。

当液体输送管道的某处发生缝隙泄露后，管道内的液体在向前流动的同时会向缝隙处流动，主载体1发生径向偏移，迎流的方向处的自平衡螺旋桨31首先转动，在锥形齿环5的带动下，其它自平衡螺旋桨31也随着转动，逐渐恢复平衡，根据各个自平衡螺旋桨31的旋转角速度和旋转圈数可以计算出泄漏缝隙的形状和大小。

本实施例中，主载体1的周侧还均匀设置有4个以上的主动平衡螺旋桨32，主控模块02通过电机分别驱动每个主动平衡螺旋桨32转动，以校正主载体1位于管道的中间流道上。

主动平衡螺旋桨32还用于精准悬停主载体1，控制各个主动平衡螺旋桨32的转速，可以使得主载体1适应设定位置处的流场环境，从而精准的悬停在需要的位置，通过摄像头01进行精准的拍摄，拍摄泄漏点的清晰图像。

本实施例中，主载体1的周侧还均匀设置有多个红外测距仪，红外测距仪用于测量主载体1偏移管道的流体中间的距离；红外测距仪可以用于辅助测量主载体1偏离流道中心的位置，从而判断主载体1收到的作用力；红外测距仪还用于测量主载体1在径向方向发生的漂移。

主控模块02根据测量得到的偏移距离控制主动平衡螺旋桨32的转速和转动时间，以使主载体1回到管道的流体中间位置。

本实施例中，主载体1的外侧壁设置阵列台阶孔，自平衡螺旋桨31内嵌于台阶孔的外孔部分，自平衡螺旋桨31的安装轴穿过台阶孔的内孔部分伸入主载体1内。

本实施例中，主载体1发生径向偏移时，主控模块02控制摄像头01对疑似泄露点进行拍照。

本实施例中，主推进螺旋桨21的桨叶211在3个以上，桨叶211上设置有可开合的漏水孔2111；漏水孔2111处设置旋转挡片，旋转挡片与主推进螺旋桨21同轴设置，旋转挡片的驱动轴为空心轴，空心轴设置在主推进螺旋桨21的转轴（安装轴）的外侧。通过控制旋转挡片的旋开角度可以控制漏水孔2111的漏水量，从而控制主推荐螺旋桨21受到的推力，从而控制主载体1的移动速度。

主载体1的前端设置有泄压孔04，泄压孔04的进水端位于主载体1的前端，泄压孔04的出水端位于主载体1的前端的侧部，泄压孔04可开合设置。

本实施例中，主载体1回到管道的流体中间位置，主控模块02控制主载体1悬停1秒钟以上，主控模块02以有线或无线方式向外发出精准的定位信息；

当主载体1距离疑似泄露点达到设定的距离范围时，主控模块02控制主载体1悬停1秒钟以上，主控模块02控制摄像头01对疑似泄露点进行拍照或录像。

本实施例中，摄像头01的数量在3个以上，摄像头01均布于主载体1的周侧，摄像头01位于主动平衡螺旋桨32的下部的周侧；各个主动平衡螺旋桨32同步转动，主动平衡螺旋桨32转动时，周侧的水流运动，从而可以清洗摄像头01的表面，同时，主动平衡螺旋桨32不会挡住摄像头01。

本实施例中，摄像头01的数量在3个以上，摄像头01均布于主载体1的周侧，摄像头01还位于自平衡螺旋桨31的下部的周侧；各个自平衡螺旋桨31转动时，周侧的水流运动、旋流，从而可以清洗摄像头01的表面，同时，自平衡螺旋桨32不会挡住摄像头01。

本实施例中，主推进螺旋桨21、后推进螺旋桨22、自平衡螺旋桨31、主动平衡螺旋桨32和泄压孔04的外侧设置有防护罩。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种管道检测机器人，包括可移动的主载体（1）和承载于其上用于拍摄图像的摄像头（01），其特征在于，所述主载体（1）整体为圆筒型，所述主载体（1）的前侧和后侧分别设置有主推进螺旋桨（21）和后推进螺旋桨（22），所述主推进螺旋桨（21）伸出所述主载体（1）的外侧，所述后推进螺旋桨（22）位于所述主载体（1）的后侧的缩进孔（11）内；

所述主载体（1）的周侧均匀设置有4N个自平衡螺旋桨（31），每个所述自平衡螺旋桨（31）的内侧同轴连接一个锥齿轮（4），所述锥齿轮（4）与主载体（1）内的锥形齿环（5）啮合，所述锥形齿环（5）同轴连接并驱动所述后推进螺旋桨（22）；

所述主载体（1）底部重上部轻，每个所述锥齿轮（4）与所述自平衡螺旋桨（31）的连接轴上设置有用于计量所述自平衡螺旋桨（31）的角速度和旋转圈数的编码器（6），所述主载体（1）内设置有主控模块（02），所述主控模块（02）以无线方式将所述自平衡螺旋桨（31）的角速度和旋转圈数发送至外部分析装置（03）；

所述外部分析装置（03）根据各个所述自平衡螺旋桨（31）的旋转角速度、加速度和旋转圈数判断所述主载体（1）周侧的流体环境；

N为自然数。

2.如权利要求1所述管道检测机器人，其特征在于，当液体输送管道的某个点发生泄露后，管道内的液体在向前流动的同时会向泄漏点流动，所述主载体（1）发生径向偏移，迎流的方向处的所述自平衡螺旋桨（31）在受到水流偏离中心推动的同时首先转动，发生偏离流道中心的移动，在所述锥形齿环（5）的带动下，其它侧所述自平衡螺旋桨（31）也随着转动，驱动所述主载体（1）向水流中心移动，有自平衡的趋势；根据各个所述自平衡螺旋桨（31）的旋转角速度和旋转圈数可以计算出疑似泄漏点的泄露速度和位置。

3.如权利要求2所述管道检测机器人，其特征在于，所述主载体（1）的周侧还均匀设置有4个以上的主动平衡螺旋桨（32），所述主控模块（02）通过电机分别驱动每个所述主动平衡螺旋桨（32）转动，以校正所述主载体（1）位于管道的中间流道上。

4.如权利要求3所述管道检测机器人，其特征在于，所述主载体（1）的周侧还均匀设置有多个红外测距仪，所述红外测距仪用于测量所述主载体（1）偏移所述管道的流体中间的距离；

所述主控模块（02）根据所述测量得到的偏移距离控制所述主动平衡螺旋桨（32）的转速和转动时间，以使所述主载体（1）回到管道的流体中间位置。

5.如权利要求4所述管道检测机器人，其特征在于，所述主载体（1）的外侧壁设置阵列台阶孔，所述自平衡螺旋桨（31）内嵌于台阶孔的外孔部分，所述自平衡螺旋桨（31）的安装轴穿过所述台阶孔的内孔部分伸入所述主载体（1）内。

6.如权利要求5所述管道检测机器人，其特征在于，所述主载体（1）发生径向偏移时，所述主控模块（02）控制所述摄像头（01）对所述疑似泄露点进行拍照。

7.如权利要求6所述管道检测机器人，其特征在于，所述主推进螺旋桨（21）的桨叶（211）在3个以上，所述桨叶（211）上设置有可开合的漏水孔（2111）；

所述主载体（1）的前端设置有泄压孔（04），所述泄压孔（04）的进水端位于所述主载体（1）的前端，所述泄压孔（04）的出水端位于所述主载体（1）的前端的侧部，所述泄压孔（04）可开合设置。

8.如权利要求7所述管道检测机器人，其特征在于，所述述主载体（1）回到管道的流体中间位置，所述主控模块（02）控制所述主载体（1）悬停1秒钟以上，所述主控模块（02）以无线方式向外发出精准的定位信息；

当所述主载体（1）距离所述疑似泄露点达到设定的距离范围时，所述主控模块（02）控制所述主载体（1）悬停1秒钟以上，所述主控模块（02）控制所述摄像头（01）对所述疑似泄露点进行拍照或录像。

9.如权利要求8所述管道检测机器人，其特征在于，所述摄像头（01）的数量在3个以上，所述摄像头（01）均布于所述主载体（1）的周侧，所述摄像头（01）位于所述主动平衡螺旋桨（32）的下部的周侧；各个所述主动平衡螺旋桨转动时，带动水流局部旋转，以清洗所述摄像头（01）的表面。

10.如权利要求8所述管道检测机器人，其特征在于，所述主推进螺旋桨（21）、后推进螺旋桨（22）、自平衡螺旋桨（31）、主动平衡螺旋桨（32）和泄压孔（04）的外侧设置有防护罩。

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