CN113203000A - 一种基于缺陷检测的管道机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于缺陷检测的管道机器人，包括：检测盒，所述检测盒的外侧面均匀安装有三个摄像头；控制器，安装于所述检测盒的内顶部，所述检测盒的内部下方中部位置固定有转筒；底盒，设置于所述转筒的下方外侧，所述转筒的底部外边缘固定有斜向啮齿；调节机构，安装于所述底盒的右侧内顶部；伸缩气缸，三个均匀对称分布于所述底盒的外侧面，所述伸缩气缸的输出端连接有安装板，所述安装板远离所述伸缩气缸的一侧固定有侧架板；移动机构，安装于所述侧架板的内部。本发明结构简单，使用方便，通过三个中心对称且可以伸缩的移动机构，使得整个装置可以横向卡在管道内部，使其在管道内部行进更加稳定，有利于获取更加稳定的检测画面。

Description

一种基于缺陷检测的管道机器人

技术领域

本发明涉及检测装置技术领域，具体为一种基于缺陷检测的管道机器人。

背景技术

管道机器人是一种可沿细小管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。一般管道在制造以后，需要对管道进行质检，而在质检过程中，由于管道较长，管道内壁的缺陷不易被发现，因此可以用管道机器人对管道内壁的缺陷进行检测。由于管道内壁为弧形形状，导致现有的管道机器人在管道内行进不方便，使得获取的检测画面不稳定，且难以实现全方位检测的效果，并且还存在不便于根据管道粗细调节尺寸大小的问题，为此，我们提出一种实用性更高的基于缺陷检测的管道机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于缺陷检测的管道机器人，解决了由于管道内壁为弧形形状，导致现有的管道机器人在管道内行进不方便，使得获取的检测画面不稳定，且难以实现全方位检测的效果，并且还存在不便于根据管道粗细调节尺寸大小的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于缺陷检测的管道机器人，包括：

检测盒，所述检测盒的外侧面均匀安装有三个摄像头，所述摄像头靠近所述检测盒的内部连接处安装有俯仰角调节组件；

补光灯盖，螺纹连接于所述检测盒的上方，所述补光灯盖的结构为透明结构，所述补光灯盖的内部中间位置固定有内圆板；

控制器，安装于所述检测盒的内顶部，所述检测盒的内部下方中部位置固定有转筒，所述转筒的结构为中空结构；

底盒，设置于所述转筒的下方外侧，所述转筒与所述底盒的连接处安装有轴承，所述转筒的底部外边缘固定有斜向啮齿；

调节机构，安装于所述底盒的右侧内顶部；

伸缩气缸，三个均匀对称分布于所述底盒的外侧面，所述伸缩气缸的输出端连接有安装板，所述安装板远离所述伸缩气缸的一侧固定有侧架板；

移动机构，安装于所述侧架板的内部；

驱动机构，安装于所述底盒的内底部，所述驱动机构的左侧连接有蓄电池组。

优选的，所述摄像头还包括有：

保护罩，其包裹在所述摄像头的外侧，且材质为弹性橡胶。

优选的，所述补光灯盖还包括有：

LED灯珠，其均匀分布在所述补光灯盖的下表面，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

优选的，所述内圆板还包括有：

光敏传感器，其镶嵌在所述内圆板的上表面中部位置，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

优选的，还包括有：

远程通讯装置，其安装在所述检测盒的内部，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

优选的，所述调节机构还包括有：

锥齿轮，其啮合连接在所述斜向啮齿的右侧；

减速器，其安装在所述锥齿轮的右端；

步进电机，其连接在所述减速器的右侧，且所述步进电机的外壁与所述底盒的内壁相固定；

步进电机驱动器，其安装在所述步进电机的前侧外壁，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

优选的，所述侧架板还包括有：

红外测距传感器，其固定在所述侧架板远离所述安装板的一侧端，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

优选的，所述移动机构还包括有：

滚轮，其转动连接在两个所述侧架板之间；

伺服电机，其连接在所述滚轮的中间输出轴的一端，且所述伺服电机的外侧面与所述安装板之间相固定；

伺服电机驱动器，其安装在所述伺服电机的外壁，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

优选的，所述驱动机构还包括有：

气泵，其安装在所述底盒的内部；

导通盒，其连接在所述气泵的下方，且与所述气泵内部相连通；

气泵驱动器，其安装在所述气泵的外壁，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接；

气管，三个均匀等距分布在所述导通盒的外侧面，所述导通盒通过所述气管与所述伸缩气缸之间构成连通结构。

优选的，所述俯仰角调节组件还包括有：

半齿轮盘，其安装在所述摄像头的内端面；

支架，其铰接在所述半齿轮盘的下方；

全齿轮盘，其设置于所述半齿轮盘远离所述摄像头的一侧，且与所述半齿轮盘相互啮合；

减速电机，其安装在所述全齿轮盘的后端，且与所述全齿轮盘之间构成转动结构；

减速电机驱动器，其安装在所述减速电机的外壁。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明结构简单，使用方便，通过三个中心对称且可以伸缩的移动机构，使得整个装置可以横向卡在管道内部，使得移动机构与管道的内壁相贴合，进而使得整个装置在管道内部行进更加便捷，有利于获取更加稳定的检测画面，提高检测精细度，同时通过三个中心对称的摄像头进行拍摄，方便更全方面的检测管道内部的缺陷，且检测盒可以转动，便于调整摄像头的朝向角度，进而实现全方位无死角检测，实用性较高；

保护罩对摄像头的伸出部分进行包裹，进而避免在使用过程中意外磕碰摄像头，防止摄像头损伤，LED灯珠亮起时，可以点亮整个补光灯盖，以便于对管道内部进行照明，改善管道内部的昏暗环境，进而提高拍摄画面的清晰度，提高检测效果，光敏传感器与控制器相互配合，以便于在光敏传感器检测到管道内部亮度较低时，控制器自动控制LED灯珠打开，智能性更高；

远程通讯装置可以将控制器接收到的检测画面发送给远程端设备，在远程端设备就能监控到管道内部的检测情况，实用性更强，步进电机可以在减速器的减速下带动锥齿轮转动，再由锥齿轮带动斜向啮齿和转筒转动，继而实现对检测盒的角度转动调整，红外测距传感器与控制器相互配合，红外测距传感器可以检测到与管道内壁之间的相距距离，进而通过对距离的判断，再调整移动机构的伸长距离，智能化更高。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图；

图3为本发明图2中A-A处正视剖面结构示意图；

图4为本发明移动机构俯视结构示意图；

图5为本发明俯仰角调节组件结构示意图

图6为本发明工作流程图。

图中：1、检测盒；2、摄像头；3、补光灯盖；4、内圆板；5、控制器；6、转筒；7、底盒；8、轴承；9、斜向啮齿；10、调节机构；101、锥齿轮；102、减速器；103、步进电机；104、步进电机驱动器；11、伸缩气缸；12、安装板；13、侧架板；14、移动机构；141、滚轮；142、伺服电机；143、伺服电机驱动器；15、驱动机构；151、气泵；152、导通盒；153、气泵驱动器；154、气管；16、蓄电池组；17、保护罩；18、LED灯珠；19、光敏传感器；20、远程通讯装置；21、红外测距传感器；22、俯仰角调节组件；221、半齿轮盘；222、支架；223、全齿轮盘；224、减速电机；225、减速电机驱动器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种基于缺陷检测的管道机器人，包括：

检测盒1，检测盒1的外侧面均匀安装有三个摄像头2；

补光灯盖3，螺纹连接于检测盒1的上方，补光灯盖3的结构为透明结构，补光灯盖3的内部中间位置固定有内圆板4；

控制器5，安装于检测盒1的内顶部，检测盒1的内部下方中部位置固定有转筒6，转筒6的结构为中空结构，可以从转筒6内部穿过导线，方便导线的上下连接；

底盒7，设置于转筒6的下方外侧，转筒6与底盒7的连接处安装有轴承8，转筒6的底部外边缘固定有斜向啮齿9；

调节机构10，安装于底盒7的右侧内顶部；

伸缩气缸11，三个均匀对称分布于底盒7的外侧面，伸缩气缸11的输出端连接有安装板12，安装板12远离伸缩气缸11的一侧固定有侧架板13；

移动机构14，安装于侧架板13的内部；

驱动机构15，安装于底盒7的内底部，驱动机构15的左侧连接有蓄电池组16，

摄像头2还包括有：

保护罩17，其包裹在摄像头2的外侧，且材质为弹性橡胶，保护罩17对摄像头2的伸出部分进行包裹，进而避免在使用过程中意外磕碰摄像头2，防止摄像头2损伤，

补光灯盖3还包括有：

LED灯珠18，其均匀分布在补光灯盖3的下表面，且与控制器5之间的连接方式为电性连接，LED灯珠18亮起时，可以点亮整个补光灯盖3，以便于对管道内部进行照明，改善管道内部的昏暗环境，进而提高拍摄画面的清晰度，提高检测效果，

内圆板4还包括有：

光敏传感器19，其镶嵌在内圆板4的上表面中部位置，且与控制器5之间的连接方式为电性连接，光敏传感器19与控制器5相互配合，以便于在光敏传感器19检测到管道内部亮度较低时，控制器5自动控制LED灯珠18打开，智能性更高，

还包括有：

远程通讯装置20，其安装在检测盒1的内部，且与控制器5之间的连接方式为电性连接，远程通讯装置20可以将控制器5接收到的检测画面发送给远程端设备，在远程端设备就能监控到管道内部的检测情况，实用性更强，

调节机构10还包括有：

锥齿轮101，其啮合连接在斜向啮齿9的右侧；

减速器102，其安装在锥齿轮101的右端；

步进电机103，其连接在减速器102的右侧，且步进电机103的外壁与底盒7的内壁相固定；

步进电机驱动器104，其安装在步进电机103的前侧外壁，且与控制器5之间的连接方式为电性连接，步进电机103可以在减速器102的减速下带动锥齿轮101转动，再由锥齿轮101带动斜向啮齿9和转筒6转动，继而实现对检测盒1的角度转动调整，

侧架板13还包括有：

红外测距传感器21，其固定在侧架板13远离安装板12的一侧端，且与控制器5之间的连接方式为电性连接，红外测距传感器21与控制器5相互配合，红外测距传感器21可以检测到与管道内壁之间的相距距离，进而通过对距离的判断，再调整移动机构14的伸长距离，智能化更高，

移动机构14还包括有：

滚轮141，其转动连接在两个侧架板13之间；

伺服电机142，其连接在滚轮141的中间输出轴的一端，且伺服电机142的外侧面与安装板12之间相固定，伺服电机142可以带动滚轮141转动，进而方便带动整个装置在管道内部行进；

伺服电机驱动器143，其安装在伺服电机142的外壁，且与控制器5之间的连接方式为电性连接，

驱动机构15还包括有：

气泵151，其安装在底盒7的内部，气泵151可以与伸缩气缸11内部连通，进而改变伸缩气缸11内部的气压状态，实现伸缩调节；

导通盒152，其连接在气泵151的下方，且与气泵151内部相连通；

气泵驱动器153，其安装在气泵151的外壁，且与控制器5之间的连接方式为电性连接；

气管154，三个均匀等距分布在导通盒152的外侧面，导通盒152通过气管154与伸缩气缸11之间构成连通结构，

俯仰角调节组件22还包括有：

半齿轮盘221，其安装在摄像头2的内端面；

支架222，其铰接在半齿轮盘221的下方，支架222可以支撑半齿轮盘221转动调节俯仰角度；

全齿轮盘223，其设置于半齿轮盘221远离摄像头2的一侧，且与半齿轮盘221相互啮合；

减速电机224，其安装在全齿轮盘223的后端，且与全齿轮盘223之间构成转动结构；

减速电机驱动器225，其安装在减速电机224的外壁。

工作原理：对于这类的基于缺陷检测的管道机器人，首先将整个装置置于管道内部中间位置，使得各个移动机构14朝向管道内壁，启动整个装置以后，蓄电池组16对装置供电，此时红外测距传感器21可以检测到与管道内壁之间的相距距离，并且将检测到的信息传递给控制器5，控制器5进行分析处理，然后控制驱动机构15中的气泵驱动器153启动，气泵驱动器153驱动气泵151开始工作，气泵151向导通盒152内部充气，导通盒152内部的气体通过三条气管154分别传向三个伸缩气缸11内部，使得伸缩气缸11内部的压强增大，伸缩气缸11伸长，带动安装板12、侧架板13和移动机构14靠近管道内壁，直至三个滚轮141都接触内壁，可以将整个装置撑在管道内部，此时控制器5控制气泵驱动器153关闭；

内圆板4表面的光敏传感器19可以检测到管道内部亮度，并且将检测到的信息传递给控制器5，控制器5进行分析处理，然后在亮度较低时，控制器5控制LED灯珠18打开，LED灯珠18透过补光灯盖3照亮管道内部，然后启动，然后启动摄像头2，保护罩17对摄像头2的伸出部分进行包裹，进而避免在使用过程中意外磕碰摄像头2，防止摄像头2损伤，摄像头2对管道内壁进行拍摄，并将拍摄到的画面传递给控制器5，控制器5将数据转换为数字信号，通过远程通讯装置20发送给远程端设备，使用者在远程端设备即可进行查看；

可以通过远程端设备发送指令给控制器5，通过控制器5控制伺服电机驱动器143启动，伺服电机驱动器143驱动伺服电机142工作，伺服电机142带动滚轮141转动，使得整个装置沿着管道内壁行进，同时控制器5控制调节机构10中的步进电机驱动器104启动，步进电机驱动器104驱动步进电机103工作，步进电机103在减速器102的减速作用下带动锥齿轮101转动，锥齿轮101与斜向啮齿9啮合，带动转筒6在轴承8内部转动，进而带动检测盒1相对底盒7转动，底盒7保持不动，摄像头2在检测盒1的转动过程中调整位置，便于全方面的获取管道内部的画面进行检测，同时也可以通过控制器5控制俯仰角调节组件22中的减速电机驱动器225启动，减速电机驱动器225驱动减速电机224工作，减速电机224带动全齿轮盘223转动，全齿轮盘223与半齿轮盘221相互啮合，带动半齿轮盘221转动，使得半齿轮盘221绕着支架222的支点转动，带动摄像头2调节俯仰角度，就这样完成整个基于缺陷检测的管道机器人的使用过程。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，包括：

检测盒，所述检测盒的外侧面均匀安装有三个摄像头，所述摄像头靠近所述检测盒的内部连接处安装有俯仰角调节组件；

补光灯盖，螺纹连接于所述检测盒的上方，所述补光灯盖的结构为透明结构，所述补光灯盖的内部中间位置固定有内圆板；

控制器，安装于所述检测盒的内顶部，所述检测盒的内部下方中部位置固定有转筒，所述转筒的结构为中空结构；

底盒，设置于所述转筒的下方外侧，所述转筒与所述底盒的连接处安装有轴承，所述转筒的底部外边缘固定有斜向啮齿；

调节机构，安装于所述底盒的右侧内顶部；

伸缩气缸，三个均匀对称分布于所述底盒的外侧面，所述伸缩气缸的输出端连接有安装板，所述安装板远离所述伸缩气缸的一侧固定有侧架板；

移动机构，安装于所述侧架板的内部；

驱动机构，安装于所述底盒的内底部，所述驱动机构的左侧连接有蓄电池组。

2.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，所述摄像头还包括有：

保护罩，其包裹在所述摄像头的外侧，且材质为弹性橡胶。

3.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，所述补光灯盖还包括有：

LED灯珠，其均匀分布在所述补光灯盖的下表面，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，所述内圆板还包括有：

光敏传感器，其镶嵌在所述内圆板的上表面中部位置，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，还包括有：

远程通讯装置，其安装在所述检测盒的内部，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，所述调节机构还包括有：

锥齿轮，其啮合连接在所述斜向啮齿的右侧；

减速器，其安装在所述锥齿轮的右端；

步进电机，其连接在所述减速器的右侧，且所述步进电机的外壁与所述底盒的内壁相固定；

步进电机驱动器，其安装在所述步进电机的前侧外壁，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，所述侧架板还包括有：

红外测距传感器，其固定在所述侧架板远离所述安装板的一侧端，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，所述移动机构还包括有：

滚轮，其转动连接在两个所述侧架板之间；

伺服电机，其连接在所述滚轮的中间输出轴的一端，且所述伺服电机的外侧面与所述安装板之间相固定；

伺服电机驱动器，其安装在所述伺服电机的外壁，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，所述驱动机构还包括有：

气泵，其安装在所述底盒的内部；

导通盒，其连接在所述气泵的下方，且与所述气泵内部相连通；

气泵驱动器，其安装在所述气泵的外壁，且与所述控制器之间的连接方式为电性连接；

气管，三个均匀等距分布在所述导通盒的外侧面，所述导通盒通过所述气管与所述伸缩气缸之间构成连通结构。

10.根据权利要求1所述的一种基于缺陷检测的管道机器人，其特征在于，所述俯仰角调节组件还包括有：

半齿轮盘，其安装在所述摄像头的内端面；

支架，其铰接在所述半齿轮盘的下方；

全齿轮盘，其设置于所述半齿轮盘远离所述摄像头的一侧，且与所述半齿轮盘相互啮合；

减速电机，其安装在所述全齿轮盘的后端，且与所述全齿轮盘之间构成转动结构；

减速电机驱动器，其安装在所述减速电机的外壁。

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