CN113236904A - 一种管道测量机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种管道测量机器人，包括牵引机构、支撑机构和尾部图像采集机构；牵引机构的尾部与支撑机构的一端连接，支撑机构能够支撑于管道的内壁并在牵引机构的牵引下在管道内移动；尾部图像采集机构连接于支撑机构的远离牵引机构的端部，能够连续拍摄并向外界传输包含有光点的图像；光点由外界激光在尾部图像采集机构上呈现。通过本申请提供的管道测量机器人能够推导得出深孔的走向。

Description

一种管道测量机器人

技术领域

本申请涉及管道技术领域，尤其涉及一种管道测量机器人。

背景技术

横向钻孔机广泛应用于道路、桥梁、农林等多个领域，能够在横向方向打出较深的孔洞。但是，由于横向钻孔机的钻头通常较长，在横向钻孔机的钻孔过程中，钻头会发生弯曲，进而导致所钻的深孔并非完全沿直线延伸。

但是，现在能够在深孔或管道内移动的机器人多用于勘察、疏通等工作，并不能测量出深孔的走向，所以现急需一种能够对深孔走向进行测量的设备。

发明内容

本发明实施例提供了一种管道测量机器人，以满足对深孔的走向进行测量的需求。

本发明实施例提供的管道测量机器人，包括牵引机构、支撑机构和尾部图像采集机构；所述牵引机构的尾部与所述支撑机构的一端连接，所述支撑机构能够支撑于管道的内壁并在所述牵引机构的牵引下在管道内移动；所述尾部图像采集机构连接于所述支撑机构的远离所述牵引机构的端部，能够连续拍摄并向外界传输包含有光点的图像；所述光点由外界激光在所述尾部图像采集机构上呈现。

在一种可能的实现方式中，所述尾部图像采集机构包括第一支架、显示板、第一拍照装置和第一传输模块；所述第一支架的一端连接于所述支撑机构的远离所述牵引机构的端部，所述第一支架的另一端安装有所述显示板，所述显示板用于供外界激光呈现光点；所述第一拍照装置连接于所述第一支架，并设置为朝向所述显示板以连续拍摄呈现光点的所述显示板；所述第一传输模块安装于所述第一支架并与所述第一拍照装置电连接，能够将所述第一拍照装置所拍摄的图像向外界传输。

在一种可能的实现方式中，所述尾部图像采集机构还包括第一稳定装置，所述第一稳定装置安装于所述第一支架，所述第一拍照装置连接于所述第一稳定装置。

在一种可能的实现方式中，所述管道测量机器人还包括连接丝绳，所述连接丝绳的两端分别连接于所述牵引机构和所述支撑机构。

在一种可能的实现方式中，所述支撑机构包括弹性组件和多个支撑件；多个所述支撑件环形阵列于所述弹性组件的外围，并且均与所述弹性组件连接，能够在所述弹性组件的作用下支撑于所述管道的内壁。

在一种可能的实现方式中，所述弹性组件包括导杆、弹性件、两个滑块和多个连接件；两个所述滑块间隔设置，并且两个所述滑块均滑动连接于所述导杆；每个所述支撑件均通过至少一个所述连接件与每个所述滑块连接，且所述连接件的两端分别铰接于所述滑块和所述支撑件；所述弹性件的两端分别连接于两个所述滑块，当多个所述支撑件向内聚拢时，两个所述滑块沿所述导杆向相互靠近或相互远离的方向滑动，以使所述弹性件被压缩或拉伸。

在一种可能的实现方式中，所述弹性件包括滑杆、固定部和弹簧；两个所述固定部分别与两个所述滑块连接；所述滑杆的两端分别伸入两个所述固定部，以使所述固定部能够沿所述滑杆滑动；所述弹簧套装于所述滑杆，且所述弹簧的两端分别连接于两个所述固定部。

在一种可能的实现方式中，所述弹性组件还包括两个轴套，两个所述轴套分别安装于两个所述固定部内，并滑动套装于所述滑杆。

在一种可能的实现方式中，所述支撑机构还包括定位块和多个弹性杆；所述定位块设置于两个所述滑块之间，并与所述导杆固定连接；多个所述弹性杆安装于所述定位块，分别与多个所述支撑件一一对应抵接；当多个所述支撑件向内聚拢时，所述弹性杆被压缩。

在一种可能的实现方式中，所述支撑件的背离所述弹性组件的侧面设置有软性垫层。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种管道测量机器人，该管道测量机器人包括牵引机构、支撑机构和尾部图像采集机构。在该管道测量机器人工作时，将该管道测量机器人放置于深孔中，支撑机构在牵引机构的牵引下沿管道运动，进而带动尾部图像采集机构运动，并且支撑机构支撑于管道的内壁，在深孔的外部设置激光发生器，向管道内进行照射并在尾部图像采集机构上呈现光点，尾部采集连续拍摄并向外界传输包含有光点的图像。外界接收到多张连续拍照的图像后，能够推导得出深孔的走向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的管道测量机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一工作段的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第二工作段的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的支撑机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的弹性组件去除连接件后的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的定位块与弹性杆的连接示意图；

图7为本发明实施例提供的弹性件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的弹性件除去弹簧后的正视图；

图9为图8中A-A面的剖视图；

图10为本发明实施例提供的尾部图像采集机构的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的中部图像采集机构的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的外界的激光发生器向深孔内照射的示意图；

图13为本发明实施例提供的在深孔内中部图像采集机构连续拍摄光点发生器的示意图。

附图标记：1-第一工作段；2-第二工作段；100-牵引机构；200-支撑机构；210-弹性组件；211-导杆；212-滑块；213-弹性件；2131-滑杆；2132-固定部；2133-弹簧；2134-轴套；214-定位块；215-弹性杆；216-滑套；217-固定板；218-连接件；220-支撑件；221-软性垫层；300-尾部图像采集机构；310-第一拍照装置；320-显示板；330-第一稳定装置；340-第一传输模块；350-第一支架；400-光点发生器；500-中部图像采集机构；510-第二拍照装置；520-第二云台；530-第二传输模块；540-第二支架；600-激光发生器。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本发明实施例提供了一种管道测量机器人，请一并参照图1至图13。

如图1所示，本发明实施例提供的管道测量机器人包括牵引机构100、第一工作段1和第二工作段2。具体地，图2示出了第一工作段1的结构，第一工作段1包括支撑机构200和光点发生器400。第一工作段1的支撑机构200一端与牵引机构100的尾部连接，第一工作段1的支撑机构200另一端安装有光点发生器400。具体地，图3示出了第二工作段2的结构，第二工作段2包括中部图像采集机构500、尾部图像采集机构300和支撑机构200。第二工作段2的支撑机构200一端安装有中部图像采集机构500，并且与第一工作段1的支撑机构200远离牵引机构100的端部软性连接。第二工作段2的支撑机构200另一端安装有尾部图像采集机构300。中部图像采集机构500能够连续拍摄光点发生器400，并向外界传输所拍摄图像。尾部图像采集机构300能够连续拍摄并向外界传输包含有光点的图像，光点由外界激光在尾部图像采集机构300上呈现。

在该管道测量机器人工作时，将该管道测量机器人放置于深孔中，第一工作段1和第二工作段2在牵引机构100的牵引下沿深孔运动，第一工作段1的支撑机构200和第二工作段2的支撑机构200均支撑于深孔的内壁。在深孔的外部设置激光发生器600，向管道内进行照射并在尾部图像采集机构300上呈现光点，尾部图像采集机构300连续拍摄并向外界传输包含有光点的图像。外界接收到多张连续拍照的图像后，能够获知尾部图像采集机构300所获得的绝对偏差，进而能够推导得出深孔的走向。

当深孔与激光的照射方向偏移过大时，外界激光无法照射到尾部图像采集机构300，或者光点的位置超出了所拍摄图像的边界，或者光点的位置与基准点的距离超过预设值时，中部图像采集机构500开始工作，对光点发生器400进行连续拍摄，并向外界传输所拍摄图像，通过尾部图像采集机构300获得的绝对偏差加上中部图像采集机构500的相对累计偏差，能够获得管道测量机器人的实际偏差值，进而推导得出深孔的走向。

当然，本发明实施例提供的管道测量机器人也可以仅包括牵引机构100，第一工作段1中的支撑机构200和尾部图像采集机构300。牵引机构100的尾部直接与第一工作段1的支撑机构200的一端连接，支撑机构200能够支撑于管道的内壁并在牵引机构100的牵引下在管道内移动。尾部图像采集机构300连接于第一工作段1的支撑机构200的远离牵引机构100的端部，能够连续拍摄并向外界传输包含有光点的图像。光点由外界激光在尾部图像采集机构300上呈现。

如图10所示，尾部图像采集机构300包括第一支架350、显示板320、第一拍照装置310和第一传输模块340。第一支架350的一端连接于支撑机构200的远离牵引机构100的端部，第一支架350的另一端安装有显示板320，显示板320用于供外界激光呈现光点。如图12所示，外界的激光发生器600向深孔内照射，照射到显示板320后，显示板320上呈现出光点。

第一拍照装置310连接于第一支架350，并且第一拍照装置310设置为朝向显示板320以连续拍摄呈现光点的显示板320。以图10和图12所示的方位为例，外界的激光发生器600位于显示板320的左侧，第一拍照装置310位于显示板320的右侧并朝向左侧设置，激光在显示板320上呈现的光点，能够被位于显示板320右侧的第一拍照装置310拍摄到。具体地，第一拍照装置310包括摄像头。

第一传输模块340安装于第一支架350，并且第一传输模块340与第一拍照装置310电连接，能够将第一拍照装置310所拍摄的图像向外界传输。尾部图像采集机构300在工作时，第一拍照装置310将所拍摄的图像传送至第一传输模块340，第一传输模块340将图像传输至外界。具体地，深孔的外界具有图像的接收装置，第一传输模块340内设置有蓝牙模块、WIFI模块或ZigBee模块等无线模块，进而可以通过蓝牙、WIFI或ZigBee等无线通信方式与外界的接收装置连接。

继续参照图10所示，尾部图像采集机构300还包括第一稳定装置330，第一稳定装置330安装于第一支架350，第一拍照装置310连接于第一稳定装置330。该管道测量机器人在运动过程中会产生振动，进而可能导致第一拍照装置310发生晃动，影响所拍摄图像中光点的位置，使测量结果具有较大的误差。第一稳定装置330具有稳定作用，在该管道测量机器人产生振动时，第一稳定装置330能够保持第一拍照装置310稳定而不发生晃动或较小的晃动，降低了振动对所拍摄图像中光点位置的影响，进而保证测量结果更为准确。具体地，第一稳定装置330包括云台。

如图3和图11所示，中部图像采集机构500包括第二支架540、第二拍照装置510和第二传输模块530。第二支架540的一端连接于第二工作段2的支撑机构200靠近第一工作段1的端部，第二支架540的另一端与第一工作段1的支撑机构200靠近第二工作段2的端部软性连接。如图1所示，第二拍照装置510连接于第二支架540，并且第二拍照装置510设置为朝向光点发生器400，以拍摄光点发生器400。光点发生器400会产生光点，第二拍照装置510能够连续拍摄光点发生器400，通过光点在图像中的位置变化来推导深孔的走向。其中，光点发生器400包括发光二极管，第二拍照装置510包括摄像头。

第二传输模块530安装于第二支架540，并且第二传输模块530与第二拍照装置510电连接，能够将第二拍照装置510所拍摄的图像向外界传输。中部图像采集机构500在工作时，第二拍照装置510将拍摄的图像传送至第二传输模块530，第二传输模块530将图像传输至外界。具体地，第二传输模块530内设置有蓝牙模块、WIFI模块或ZigBee模块等无线模块，进而可以通过蓝牙、WIFI或ZigBee等无线通信方式与外界的接收装置连接。

继续参照图11所示，中部图像采集机构500还包括第二稳定装置，第二稳定装置安装于第二支架540，第二拍照装置510连接于第二稳定装置。第二稳定装置具有稳定作用，在该管道测量机器人产生振动时，第二稳定装置能够保持第二拍照装置510稳定而不发生晃动或较小的晃动，降低了振动对所拍摄图像中光点位置的影响，进而保证测量结果更为准确。具体地，第二稳定装置包括云台。

如图1所示，本发明实施例提供的管道测量机器人还包括连接丝绳，若该管道测量机器人同时具有第一工作段1和第二工作段2，则连接丝绳的两端分别连接于第二工作段2的支撑机构200朝向第一工作段1的端部，以及第一工作段1的支撑机构200远离牵引机构100的端部。连接丝绳实现了第一工作段1和第二工作段2之间的软性连接，使第一工作段1的运动方向与第二工作段2的运动方向不同，进而保证第一工作段1和第二工作段2在非直线深孔中连续移动。

此外，牵引机构100与第一工作段1之间也可以采用连接丝绳来进行连接，具体地，连接丝绳的两端分别连接于牵引机构100的尾部，以及第一工作段1的支撑机构200的朝向牵引机构100的端部。当然，牵引机构100与第一工作段1之间也可以采用固定连接的方式，比如通过紧固件来进行连接。

若本发明实施例提供的管道测量机器人不具有第一工作段1，连接丝绳的两端分别连接于牵引机构100和第二工作段2的支撑机构200。

如图4所示，支撑机构200包括弹性组件210和多个支撑件220。多个支撑件220环形阵列于弹性组件210的外围，并且均与弹性组件210连接，弹性组件210向多个支撑件220施加向外扩张方向的弹力，使多个支撑件220能够在弹性组件210的作用下支撑于管道的内壁。

具体地，支撑件220的背离弹性组件210的侧面设置有软性垫层221，能够防止支撑件220划破深孔的内壁。该软性垫层221可以为聚氯乙烯、橡胶等材质。

同时参照图4和图5，弹性组件210包括导杆211、弹性件213、两个滑块212和多个连接件218。两个滑块212间隔设置，并且两个滑块212均滑动连接于导杆211。每个支撑件220均通过至少一个连接件218与每个滑块212连接，并且连接件218的两端分别铰接于滑块212和支撑件220。

弹性件213的两端分别连接于两个滑块212，当多个支撑件220向内聚拢时，两个滑块212沿导杆211向相互靠近或相互远离的方向滑动，以使弹性件213被压缩或拉伸。具体地，图4中示出的弹性组件210，在多个支撑件220向内聚拢时，两个滑块212沿导杆211向相互靠近的方向运动，弹性件213被压缩，弹性件213向两个滑块212施加沿彼此远离方向的弹力，弹力经连接件218传递至多个支撑件220，使多个支撑件220能够支撑于深孔的内壁。当然，在多个支撑件220向内聚拢时，两个滑块212也可以沿导杆211向相互远离的方向运动，弹性件213被拉伸，弹性件213向两个滑块212施加沿彼此靠近方向的弹力，弹力经连接件218传递至多个支撑件220，使多个支撑件220能够支撑于深孔的内壁。

参照图5和图6，支撑机构200还包括定位块214和多个弹性杆215。定位块214设置于两个滑块212之间，并且定位块214与导杆211固定连接。当多个支撑件220向内聚拢或向外扩张时，两个滑块212沿导杆211滑动，但是，定位块214的位置保持固定。多个弹性杆215安装于定位块214，分别与多个支撑件220一一对应抵接。当多个支撑件220向内聚拢时，弹性杆215被压缩。每个弹性杆215均向对应的支撑件220施加弹力，使多个支撑件220向外扩张的方向运动。

如图7和图8所示，弹性件213包括滑杆2131、固定部2132和弹簧2133。两个固定部2132分别与两个滑块212连接。滑杆2131的两端分别伸入两个固定部2132，以使固定部2132能够沿滑杆2131滑动，对两个固定部2132的移动起到导向作用。弹簧2133套装于滑杆2131，并且弹簧2133的两端分别连接于两个固定部2132。当两个滑块212向相互靠近的方向运动时，带动两个固定部2132沿滑杆2131滑动，使弹簧2133被压缩，弹簧2133向两个滑块212施加沿彼此远离方向的弹力。

图7示出的弹簧2133具有断开的两个部分，每个部分分别连接于对应的固定部2132上，弹簧2133断开的两个部分分别抵压在固定部2132的两侧面。当支撑机构200不包括定位块214时，弹簧2133可以为一个整体。

如图9所示，弹性组件210还包括两个轴套2134，两个轴套2134分别安装于两个固定部2132内，并滑动套装于滑杆2131。

如图5所示，弹性组件210还包括多个滑套216，滑块212与导杆211之间设置有滑套216。

本发明实施例提供的管道测量机器人获得多张连续拍摄的图片后，对深孔的偏移计算方法如下。

设定变量，确定基准点的边界范围，各个变量如下：X临时变量x＝0；Y临时变量y＝0；左边界L_max1＝640；右边界R_max1＝0；上边界U_max1＝0；下边界D_max1＝480；图片像素点RGB值数值bim_data[3]。

图片轮询的起始点跳过帧头信息，设置查询的起始位置为datemore＝54。

以二进制文件打开图片，可采用如下代码：

file.Open(strPath_bmp,CFile::typeBinary|CFile::modeRead)；然后轮询图片的像素点，每次读取三个字节的红黄蓝RGB值，代码举例如下：

通过以上的轮询比对，能够找出满足条件的像素点的最大范围值：L_max1、R_max1、U_max1、D_max1。

轮询结束后关闭图片文件，可以采用如下代码：file.Close()；

判断是否为拍摄的第一张图片，若判断结果为是，则计算像素基准点的中心坐标；若判断结果为否，则计算光点的中心坐标；实现代码举例如下：

判断是否满足将尾部图像采集机构300切换到中部图像采集机构500的条件，实现代码举例如下：

计算光点的像素点偏差：px6＝px1-px_l；py6＝py1-py_l。

判断是否满足允许误差，实现代码举例如下：

然后进行尾部图像采集机构300的绝对偏差计算，实现代码举例如下：

其中，px3、py3为绝对偏差。

计算中部图像采集机构500的相对偏差，并与尾部图像采集机构300的绝对偏差进行累加，实现代码如下：

最终px3与py3作为最终偏移值。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种管道测量机器人，其特征在于，包括牵引机构(100)、支撑机构(200)和尾部图像采集机构(300)；

所述牵引机构(100)的尾部与所述支撑机构(200)的一端连接，所述支撑机构(200)能够支撑于管道的内壁并在所述牵引机构(100)的牵引下在管道内移动；

所述尾部图像采集机构(300)连接于所述支撑机构(200)的远离所述牵引机构(100)的端部，能够连续拍摄并向外界传输包含有光点的图像；所述光点由外界激光在所述尾部图像采集机构(300)上呈现。

2.根据权利要求1所述的管道测量机器人，其特征在于，所述尾部图像采集机构(300)包括第一支架(350)、显示板(320)、第一拍照装置(310)和第一传输模块(340)；

所述第一支架(350)的一端连接于所述支撑机构(200)的远离所述牵引机构(100)的端部，所述第一支架(350)的另一端安装有所述显示板(320)，所述显示板(320)用于供外界激光呈现光点；

所述第一拍照装置(310)连接于所述第一支架(350)，并设置为朝向所述显示板(320)以连续拍摄呈现光点的所述显示板(320)；

所述第一传输模块(340)安装于所述第一支架(350)并与所述第一拍照装置(310)电连接，能够将所述第一拍照装置(310)所拍摄的图像向外界传输。

3.根据权利要求2所述的管道测量机器人，其特征在于，所述尾部图像采集机构(300)还包括第一稳定装置(330)，所述第一稳定装置(330)安装于所述第一支架(350)，所述第一拍照装置(310)连接于所述第一稳定装置(330)。

4.根据权利要求1所述的管道测量机器人，其特征在于，还包括连接丝绳，所述连接丝绳的两端分别连接于所述牵引机构(100)和所述支撑机构(200)。

5.根据权利要求1所述的管道测量机器人，其特征在于，所述支撑机构(200)包括弹性组件(210)和多个支撑件(220)；

多个所述支撑件(220)环形阵列于所述弹性组件(210)的外围，并且均与所述弹性组件(210)连接，能够在所述弹性组件(210)的作用下支撑于所述管道的内壁。

6.根据权利要求5所述的管道测量机器人，其特征在于，所述弹性组件(210)包括导杆(211)、弹性件(213)、两个滑块(212)和多个连接件(218)；

两个所述滑块(212)间隔设置，并且两个所述滑块(212)均滑动连接于所述导杆(211)；

每个所述支撑件(220)均通过至少一个所述连接件(218)与每个所述滑块(212)连接，且所述连接件(218)的两端分别铰接于所述滑块(212)和所述支撑件(220)；

所述弹性件(213)的两端分别连接于两个所述滑块(212)，当多个所述支撑件(220)向内聚拢时，两个所述滑块(212)沿所述导杆(211)向相互靠近或相互远离的方向滑动，以使所述弹性件(213)被压缩或拉伸。

7.根据权利要求6所述的管道测量机器人，其特征在于，所述弹性件(213)包括滑杆(2131)、固定部(2132)和弹簧(2133)；

两个所述固定部(2132)分别与两个所述滑块(212)连接；

所述滑杆(2131)的两端分别伸入两个所述固定部(2132)，以使所述固定部(2132)能够沿所述滑杆(2131)滑动；

所述弹簧(2133)套装于所述滑杆(2131)，且所述弹簧(2133)的两端分别连接于两个所述固定部(2132)。

8.根据权利要求7所述的管道测量机器人，其特征在于，所述弹性组件(210)还包括两个轴套(2134)，两个所述轴套(2134)分别安装于两个所述固定部(2132)内，并滑动套装于所述滑杆(2131)。

9.根据权利要求6所述的管道测量机器人，其特征在于，所述支撑机构(200)还包括定位块(214)和多个弹性杆(215)；

所述定位块(214)设置于两个所述滑块(212)之间，并与所述导杆(211)固定连接；

多个所述弹性杆(215)安装于所述定位块(214)，分别与多个所述支撑件(220)一一对应抵接；当多个所述支撑件(220)向内聚拢时，所述弹性杆(215)被压缩。

10.根据权利要求5所述的管道测量机器人，其特征在于，所述支撑件(220)的背离所述弹性组件(210)的侧面设置有软性垫层(221)。

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