CN114738595A - 一种管道巡检机器人及巡检方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种管道巡检机器人，包括检测装置、位姿调整装置和用于沿管道内壁移动的行走机构；位姿调整装置的固定端安装在支撑平台上，位姿调整装置的位姿输出端与检测装置连接；检测装置包括安装支架和四个以上的相机，安装支架的第一端与位姿调整装置的位姿输出端固定连接，安装支架的第二端伸出位姿调整装置的位姿输出端，该四个以上的相机均固定安装在安装支架的第二端，并且该四个以上的相机围绕安装支架第二端的朝向方向呈均匀环状布置；管道巡检机器人巡检过程中，每一个相机的镜头均朝向管道的内壁，以实现沿管道截面方向的360°全向检测。本发明还提出一种上述管道巡检机器人的巡检方法。

Description

一种管道巡检机器人及巡检方法
技术领域
本发明涉及管道机器人技术领域，尤其涉及一种管道巡检机器人及巡检方法。
背景技术
随着机器人产业的发展，各行各业对机器人的需求越来越高，尤其是在工作环境恶劣、工作空间狭小的管道中巡检，需要依靠机器人代替人类去完成管道内壁缺陷检测工作。如此需要管道机器人既能对管道内壁进行全面和准确的检测，又能在狭窄的空间内具有良好的通过性。
变截面异形狭窄管道具有管道内截面形状多变、局部空间狭窄低矮、空间形态多变等特点，在这种工作环境内工作，对机器人的通过性和检测全面性具有较高要求。
目前传统的管道巡检机器人在变截面异形狭窄管道巡检过程中，存在以下问题：1、通过性差，通过效率差，容易与管道发生碰撞；2、由于管道巡检机器人的检测装置工作自由度较小，导致检测过程中存在一定的检测死角，其检测结果的全面性和可靠性会出现一定程度的问题。
为克服以上问题，现有中存在通过机械臂对检测装置的姿态进行控制调整，增大了检测装置的工作自由度，保证检测结果的全面性和可靠性，同时提高管道巡检机器人的通过性。可是，机械臂的成本较高，导致管道巡检机器人的成本过高。
因此，亟需一种检测全面、通过性好、成本低的管道巡检机器人。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术中存在的问题，本发明至少从一定程度上进行解决。为此，本发明的第一个目的在于提出了一种管道巡检机器人，检测全面，成本低。
本发明的第二个目的在于提出一种上述管道巡检机器人的巡检方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明的第一个目的在于提出一种管道巡检机器人，包括检测装置、位姿调整装置和用于沿管道内壁移动的行走机构；
位姿调整装置包括升降机构、俯仰机构和绕行走机构移动方向偏转的偏转机构；偏转机构的固定部安装在支撑平台上，升降机构的固定部安装在偏转机构的偏转部，俯仰机构的固定部安装在升降机构的升降部，检测装置安装在俯仰机构的俯仰部；
检测装置包括安装支架和四个以上的相机，安装支架的第一端与俯仰机构的俯仰部固定连接，安装支架的第二端伸出俯仰机构的俯仰部且朝向行走机构的移动方向，该四个以上的相机均固定安装在安装支架的第二端，并且该四个以上的相机围绕安装支架第二端的朝向方向呈均匀环状布置；管道巡检机器人巡检过程中，每一个相机的镜头均沿管道截面方向朝向管道的内壁以形成360°全向检测。
可选地，偏转机构的偏转部为偏转板；升降机构包括升降驱动组件、第一连杆、第二连杆、第一滑块和第一滑槽；第一滑槽设置在偏转板顶部并沿偏转板平面延伸，第一滑块与第一滑槽滑动连接，第一连杆的第一端与第一滑块连接，第一连杆的第一端沿第一滑槽滑动的同时能够相对于第一滑槽转动；第二连杆的第一端铰接于偏转板的顶部，第二连杆的第二端铰接于第一连杆的中部；
升降驱动组件安装在偏转板上，升降驱动组件的直线运动输出端与第一滑块固定连接，第一滑块沿第一滑槽滑动，第一连杆的第二端和第二连杆的第二端一块上升或一块下降。
可选地，俯仰机构包括俯仰驱动组件、俯仰板、第三连杆、第二滑块和第二滑槽；第二滑槽设置在俯仰板底部并沿俯仰板平面延伸，第二滑块与第二滑槽滑动连接，第三连杆的第一端与第二滑块连接，第三连杆的第一端沿第二滑槽滑动的同时能够相对于第二滑槽转动；第一连杆的第二端铰接于俯仰板的底部，第三连杆的第二端铰接于第一连杆的中部，并且第一连杆与第三连杆之间的铰接位置位于第一连杆与第二连杆之间的铰接位置的上方；
俯仰驱动组件安装在俯仰板上，俯仰驱动组件的直线运动输出端与第二滑块固定连接，第二滑块沿第二滑槽滑动，第三连杆的第一端上升或下降，带动俯仰板做俯仰动作。
可选地，第一滑块可转动地滑动连接于第一滑槽内，第一连杆的第一端与第一滑块固定连接；和/或，第二滑块可转动地滑动连接于第二滑槽内，第三连杆的第一端与第二滑块固定连接。
可选地，偏转板的顶部垂直设置有第一安装板，第一安装板上开设有沿偏转板平面延伸的第一腰型孔以作为第一滑槽，第一滑块为圆柱状滑块，第一滑块的端部与第一腰型孔滑动连接；和/或，俯仰板的底部垂直设置有第二安装板，第二安装板上开设有沿偏转板平面延伸的第二腰型孔以作为第二滑槽，第二滑块为圆柱状滑块，第二滑块的端部与第二腰型孔滑动连接。
可选地，第三连杆的第一端与第一连杆的第一端位于同一侧。
可选地，管道巡检机器人，还包括运动控制器、偏转倾角传感器、俯仰倾角传感器和四个以上测距传感器；运动控制器设置在支撑平台上，偏转倾角传感器设置在偏转机构的偏转部上，俯仰倾角传感器设置在俯仰机构的俯仰部上，四个以上测距传感器固定安装在安装支架的第二端，并且四个以上测距传感器围绕安装支架第二端的朝向呈均匀环状布置；
偏转倾角传感器、俯仰倾角传感器和四个以上测距传感器均与运动控制器通讯连接，偏转机构的驱动电机、升降机构的驱动电机和俯仰机构的驱动电机均与运动控制器通讯连接。
可选地，管道巡检机器人，还包括主运算单元；
主运算单元包括：
感知模块，用于获取检测装置采集的管道内壁图像信息；
管道内壁缺陷检测模块，用于根据管道内壁图像信息进行分析处理，获得管道内壁缺陷检测结果；
定位模块，用于获取行走伺服电机的编码器信息，将伺服电机的编码器信息输入预先建立的管道巡检机器人运动模型，输出机器人定位信息；
导航模块，用于根据机器人定位信息和预先规划的路径，获得机器人的目标位置，根据机器人定位信息和目标位置的偏差，基于PID跟踪目标位置。
本发明第二个目的在于提供一种管道巡检机器人的巡检方法，管道巡检机器人在连续移动过程中沿管道截面方向对管道内壁进行360°全向检测，包括以下步骤：
根据测距传感器采集的信息，由运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置至第一拍摄位置采集均匀的管道内壁全景图像以检测当前管段内壁信息；如果检测装置在第一拍摄位置无法全面检测当前管段内壁信息，则根据先验管道信息和第一拍摄位置的检测信息，由运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置至第二拍摄位置以检测当前管段内壁信息；
第一拍摄位置为当前管段截面水平方向和竖直方向的中心位置，第二拍摄位置为当前管段内能够拍摄到第一拍摄位置盲区的位置，第一拍摄位置盲区为检测装置位于第一拍摄位置未检测到的当前管段内壁。
可选地，管道巡检机器人的巡检方法，还包括：
根据先验管道信息、机器人定位信息、偏转倾角传感器采集的信息、俯仰倾角传感器采集的信息和测距传感器采集的信息，运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置的位姿进行避障；
主运算单元确定机器人的定位信息，包括：获取行走伺服电机的编码器信息，将伺服电机的编码器信息输入预先建立的管道巡检机器人运动模型，输出机器人定位信息；
主运算单元根据机器人定位信息和预先规划的路径，获得机器人的目标位置，根据机器人定位信息和目标位置的偏差，基于PID跟踪目标位置，控制行走伺服电机工作。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
1、通过在位姿调整装置的位姿输出端固定连接伸出位姿输出端的呈均匀环状布置的相机组件(“相机组件”由上述四个以上的相机组成)，对管道内壁进行检测，能够分段获取管道内部径向360度的图像信息和机器人前进视角前方图像信息，相邻两相机之间采集的图像信息存在一定重合区域，形成环状全景图像，大大增加了相机组件在一个位姿下采集的管道内壁信息，甚至在一个位姿下该相机组件就能全面检测到大多数截面形状的管道内壁信息，在对截面形状尤其复杂的管道内壁进行检测时，该相机组件也只需在两或三个位姿下就能全面检测到管道内壁信息，从而大大降低了对该相机组件的位姿进行调整的位姿调整装置的设计要求，降低成本。并且由于该相机组件的存在，为全面检测管道内壁信息，位姿调整动作简单，进而位姿调整装置的电气控制也非常简单。而且由于该相机组件的存在，为实现管道内壁的全面检测，所需的位姿调整次数大大减少，例如在对截面形状尤其复杂的管道内壁进行检测时，该相机组件也只需在两或三个位姿下就能全面检测到管道内壁信息，进而为管道巡检机器人连续移动(行进中不停止)对管道内壁全面检测提供基础。
2、提供一种位姿调整装置，包括升降机构、俯仰机构和绕行走机构移动方向偏转的偏转机构；偏转机构的固定部安装在支撑平台上，升降机构的固定部安装在偏转机构的偏转部，俯仰机构的固定部安装在升降机构的升降部，检测装置安装在俯仰机构的俯仰部。能够满足相机组件全面检测变截面异形狭窄管道内壁的位姿调整需求和避障需求，即位姿调整装置能够根据管道截面形状、尺寸，改变相机组件的位姿，以全面采集管道内壁图像信息和避障；并且该位姿调整装置结构简单、成本低，取消了采用机械臂对相机组件进行位姿调整。
3、提供一种运动控制系统，通过设置偏转倾角传感器、俯仰倾角传感器和四个以上测距传感器，结构简单，运动控制器能够准确获得检测装置在管道内的当前位姿，进而控制器根据当前管道内环境和检测装置当前位姿，能够精准控制偏转驱动电机、升降驱动电机、俯仰驱动电机和行走伺服电机的工作状态，以对检测装置的位姿进行调整，来避免检测装置与管道内壁发生碰撞，以及保证检测装置全面检测管道内壁信息。
附图说明
本发明借助于以下附图进行描述：
图1是根据本发明实施例1的管道巡检机器人的立体结构示意图；
图2是根据本发明实施例1的检测装置的前视示意图；
图3是根据本发明实施例1的管道巡检机器人的俯视示意图，其中检测装置处于平视状态；
图4是根据本发明实施例1的管道巡检机器人中位姿调整装置的立体结构示意图；
图5是图4中偏转机构的结构示意图；
图6是图4中俯仰机构的结构示意图；
图7是根据本发明实施例1的管道巡检机器人的侧视示意图，其中检测装置处于平视状态；
图8是根据本发明实施例1的管道巡检机器人的后视示意图，其中检测装置处于偏转状态；
图9是根据本发明实施例1的管道巡检机器人的侧视示意图，其中检测装置拉降到最低处，检测装置处于平视状态；
图10是根据本发明实施例1的管道巡检机器人的侧视示意图，其中检测装置处于俯视状态；
图11是根据本发明实施例1的管道巡检机器人中运动控制系统和主运算单元的结构示意图；
图12是根据本发明实施例2的管道巡检机器人在侧部存在凸起的管段进行巡检的第一状态示意图，其中检测装置位于第一拍摄位置；
图13是根据本发明实施例2的管道巡检机器人在侧部存在凸起的管段进行巡检的第二状态示意图，其中检测装置位于第二拍摄位置。
【附图标记说明】
1：检测装置；
11：相机；12：连接片；13：柱状安装盒体；
2：位姿调整装置；
21：偏转机构；22：升降机构；23：俯仰机构；
211：偏转板；212：转轴；213：偏转驱动电机；
221：第一连杆；222：第二连杆；223：第一滑块；224：第一滑槽；225：第一安装板；226：升降驱动电机；227：螺杆；
231：俯仰板；232：第三连杆；233：第二滑块；234：第二滑槽；235：第二安装板；
3：行走机构；
31：支撑平台；32：橡胶轮；
40：控制器；41：偏转倾角传感器；42：俯仰倾角传感器；43：测距传感器；44：激光雷达；45：补光灯；
5：凸起。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等方位名词以图1的定向为参照。
需要说明的是，本文附图中示出的管道为飞机进气道，当然本领域技术人员可以理解的是，管道巡检机器人的巡检对象不仅仅局限于飞机进气道。
实施例1
如图1至图10所示，本实施例提供一种管道巡检机器人，该管道巡检机器人包括检测装置1、位姿调整装置2和用于沿管道内壁移动的行走机构3。行走机构3包括支撑平台31，位姿调整装置的固定端安装在支撑平台31上，位姿调整装置2的位姿输出端与检测装置1连接。检测装置1包括安装支架和四个以上的相机11，安装支架的第一端与位姿调整装置2的位姿输出端固定连接，安装支架的第二端伸出位姿调整装置2的位姿输出端且朝向行走机构3的移动方向，该四个以上的相机11均固定安装在安装支架的第二端，并且该四个以上的相机11围绕安装支架第二端的朝向方向呈均匀环状布置。管道巡检机器人巡检过程中，每一个相机11的镜头均朝向管道的内壁。
如此，通过在位姿调整装置的位姿输出端固定连接伸出位姿输出端的呈均匀环状布置的相机组件(“相机组件”由上述四个以上的相机11组成)，对管道内壁进行检测，能够分段获取管道内部径向360度的图像信息和机器人前进视角前方图像信息，相邻两相机11之间采集的图像信息存在一定重合区域，形成环状全景图像，大大增加了相机组件在一个位姿下采集的管道内壁信息，甚至在一个位姿下该相机组件就能全面检测到大多数截面形状的管道内壁信息，在对截面形状尤其复杂的管道内壁进行检测时，该相机组件也只需在两或三个位姿下就能全面检测到管道内壁信息，从而大大降低了对该相机组件的位姿进行调整的位姿调整装置的设计要求，降低成本。并且由于该相机组件的存在，为全面检测管道内壁信息，位姿调整动作简单，进而位姿调整装置的电气控制也非常简单。而且由于该相机组件的存在，为实现管道内壁的全面检测，所需的位姿调整次数大大减少，例如在对截面形状尤其复杂的管道内壁进行检测时，该相机组件也只需在两或三个位姿下就能全面检测到管道内壁信息，进而为管道巡检机器人连续移动(不停止)对管道内壁全面检测提供基础。
为进一步优化上述管道巡检机器人，本发明提出了一种位姿调整装置。如图1图4、图5和图6所示，该位姿调整装置包括升降机构22、俯仰机构23和绕行走机构3移动方向偏转的偏转机构21；偏转机构21的固定部安装在支撑平台31上，升降机构22的固定部安装在偏转机构21的偏转部，俯仰机构23的固定部安装在升降机构22的升降部，检测装置1安装在俯仰机构23的俯仰部。如此设置的位姿调整装置，能够满足上述相机组件全面检测变截面异形狭窄管道内壁的位姿调整需求，即上述位姿调整装置能够根据管道截面形状、尺寸，改变相机组件的位姿，以全面采集管道内壁图像信息；并且该位姿调整装置结构简单、成本低，取消了采用机械臂对相机组件进行位姿调整。
优选地，如图4和图5所示，偏转机构21包括偏转板211和偏转驱动组件，偏转板211转动安装在支撑平台31上，偏转驱动组件固定安装在支撑平台31上，偏转驱动组件的偏转输出端与偏转板211的转轴212固定连接，驱动偏转板211绕转轴212偏转。进一步地，在本实施例中，偏转驱动组件包括偏转驱动电机213和减速器，偏转驱动电机213的动力输出端与减速器的动力输入端连接，减速器的动力输出端与偏转板211的转轴212固定连接。
优选地，如图4所示，升降机构22包括升降驱动组件、第一连杆221、第二连杆222、第一滑块223和第一滑槽224；第一滑槽224设置在偏转板211顶部并沿偏转板211平面延伸，第一滑块223与第一滑槽224滑动连接，第一连杆221的第一端与第一滑块223连接，第一连杆221的第一端沿第一滑槽224滑动的同时能够相对于第一滑槽224转动；第二连杆222的第一端铰接于偏转板211的顶部，第二连杆222的第二端铰接于第一连杆221的中部；升降驱动组件安装在偏转板211上，升降驱动组件的直线运动输出端与第一滑块223固定连接；第一滑块223沿第一滑槽224滑动，第一连杆221的第二端和第二连杆222的第二端一块上升或一块下降。
进一步优选地，第一滑块223可转动地滑动连接于第一滑槽224内，第一连杆221的第一端与第一滑块223固定连接。如此，结构简单，并且能够实现第一连杆221的第一端沿第一滑槽224滑动的同时相对于第一滑槽224转动。可以想见，第一滑块223与第一滑槽224滑动连接，第一连杆221的第一端与第一滑块223铰接，同样能够实现第一连杆221的第一端沿第一滑槽224滑动的同时相对于第一滑槽224转动。
进一步优选地，在本实施例中，偏转板211的顶部垂直设置有第一安装板225，第一安装板225上开设有沿偏转板211平面延伸的第一腰型孔以作为第一滑槽224，第一滑块223为圆柱状滑块，第一滑块223的端部与第一腰型孔滑动连接。如此，通过简单的结构就能实现第一滑块223可转动地与第一滑槽224滑动连接。进一步地，在本实施例中，第二连杆222的第一端铰接于第一安装板225上。
进一步地，在本实施例中，升降驱动组件包括升降驱动电机226、螺杆227和螺母，升降驱动电机226固定安装在偏转板211上，升降驱动电机226的转轴212与螺杆227的第一端固定连接，螺杆227的第二端转动安装在偏转板211上，螺母螺纹连接于螺杆227上，螺母与第一滑块223固定连接。
优选地，如图4和图6所示，俯仰机构23包括俯仰驱动组件、俯仰板231、第三连杆232、第二滑块233和第二滑槽234；第二滑槽234设置在俯仰板231底部并沿俯仰板231平面延伸，第二滑块233与第二滑槽234滑动连接，第三连杆232的第一端与第二滑块233连接，第三连杆232的第一端沿第二滑槽234滑动的同时能够相对于第二滑槽234转动；第一连杆221的第二端铰接于俯仰板231的底部，第三连杆232的第二端铰接于第一连杆221的中部，并且第一连杆221与第三连杆232之间的铰接位置位于第一连杆221与第二连杆222之间的铰接位置的上方；俯仰驱动组件安装在俯仰板231上，俯仰驱动组件的直线运动输出端与第二滑块233固定连接；第二滑块233沿第二滑槽234滑动，第三连杆232的第一端上升或下降，带动俯仰板231做俯仰动作。
优选地，第三连杆232的第一端与第一连杆221的第一端位于同一侧。如此，结构紧凑且稳定。
进一步优选地，第二滑块233可转动地滑动连接于第二滑槽234内，第三连杆232的第一端与第二滑块233固定连接。如此，结构简单，并且能够实现第三连杆232的第一端沿第二滑槽234滑动的同时相对于第二滑槽234转动。可以想见，第二滑块233与第二滑槽234滑动连接，第三连杆232的第一端与第二滑块233铰接，同样能够实现第三连杆232的第一端沿第二滑槽234滑动的同时相对于第二滑槽234转动。
进一步优选地，在本实施例中，俯仰板231的底部垂直设置有第二安装板235，第二安装板235上开设有沿偏转板211平面延伸的第二腰型孔以作为第二滑槽234，第二滑块233为圆柱状滑块，第二滑块233的端部与第二腰型孔滑动连接。如此，通过简单的结构就能实现第二滑块233可转动地与第二滑槽234滑动连接。进一步地，在本实施例中，第一连杆221的第二端铰接于第二安装板235上。
进一步地，俯仰电机组件的结构和连接关系与升降电机组件的结构和连接关系类似，此处不再赘述。
如图7至图10所示，为本实施例提出的管道巡检机器人中位姿调整装置处于不同工作状态的示意图。
优选地，如图3和图7所示，检测装置1中，安装支架包括连接片12和柱状安装盒体13，连接片12的第一端与俯仰板231固定连接，连接片12的第二端伸出俯仰板231，柱状安装盒体13的第一端与连接片12的第二端固定连接，柱状安装盒体13的第二端朝向行走机构3的移动方向；该四个以上的相机11均固定安装在柱状安装盒体13的第二端，并且该四个以上的相机11围绕柱状安装盒体13第二端的朝向方向呈均匀环状布置。
进一步地，在本实施例中，柱状安装盒体13的第二端安装有四个广角相机11，相邻广角相机11之间的夹角为90°。
进一步地，在本实施例中，连接片12为Z形连接片12。
优选地，行走机构3还包括四个橡胶轮32和四个行走伺服电机(如图8所示，分别为行走伺服电机A、行走伺服电机B、行走伺服电机C和行走伺服电机D)，在支撑平台31的第一侧安装两个橡胶轮32，在支撑平台31的第二侧对应于支撑平台31第一侧橡胶轮32的位置安装另外两个橡胶轮32；四个伺服电机均安装在支撑平台31的顶部，一个伺服电机驱动一个橡胶轮32。
如此，通过采用橡胶轮胎，橡胶轮胎与管道底面摩擦力较大，轮胎断面宽度较宽，以保证机器人在管道内的稳定性。借助于一个伺服电机只驱动一个橡胶轮32，既有利于管道巡检机器人行走，又可以通过四轮差速，实现原地旋转，调整管道巡检机器人的移动方向。
优选地，支撑平台31为顶部开口的箱体，偏转机构21的固定部安装在箱体的底板上。
优选地，管道巡检机器人还包括运动控制系统，运动控制系统包括运动控制器40、偏转倾角传感器41、俯仰倾角传感器42和四个以上测距传感器43；运动控制器40设置在支撑平台31上，偏转倾角传感器41设置在偏转板211上，俯仰倾角传感器42设置在俯仰板231上，四个以上测距传感器43围绕柱状安装盒体13第二端的朝向呈环状固定安装在柱状安装盒体13的第二端，并且四个以上测距传感器43中，至少一个测距传感器43位于柱状安装盒体13的下侧，至少一个测距传感器43位于柱状安装盒体13的上侧，至少一个测距传感器43位于柱状安装盒体13的左侧，至少一个测距传感器43位于柱状安装盒体13的右侧；偏转倾角传感器41、俯仰倾角传感器42和四个以上测距传感器43均与运动控制器40通讯连接，偏转驱动电机213、升降驱动电机226、俯仰驱动电机和行走伺服电机均与运动控制器40通讯连接，如图8所示。
如此，通过设置偏转倾角传感器41、俯仰倾角传感器42和四个以上测距传感器43，运动控制器40能够准确获得检测装置1在管道内的当前位姿，进而控制器40根据当前管道内环境和检测装置1当前位姿，能够精准控制偏转驱动电机213、升降驱动电机226、俯仰驱动电机和行走伺服电机的工作状态，以对检测装置1的位姿进行调整，一方面来避免检测装置1与管道内壁发生碰撞，另一方面将检测装置1调整至拍摄位置以保证检测装置1全面检测管道内壁信息，拍摄位置包括第一拍摄位置和第二拍摄位置，第一拍摄位置为当前管道截面水平方向和竖直方向的中心位置，第二拍摄位置为管道内能够拍摄到第一拍摄位置盲区的位置，第一拍摄位置盲区为检测装置1位于第一拍摄位置没有检测到的当前管段内壁。
具体地，在本实施例中，运动控制系统包括6个测距传感器43，其中一个测距传感器43位于柱状安装盒体13的下侧，一个测距传感器43位于柱状安装盒体13的上侧，两个紧挨的测距传感器43位于柱状安装盒体13的左侧，两个紧挨的测距传感器43位于柱状安装盒体13的右侧。
具体地，在本实施例中，运动控制器40通过RS485总线与行走伺服电机通讯连接。如此，运动控制器40既能下发速度、位置等控制信息，又能接收行走伺服电机反馈的实时位置和绕组电流信息。
具体地，在本实施例中，通过PID控制算法实现偏转角度闭环控制和俯仰角度闭环控制。
优选地，运动控制系统还包括四个以上的补光灯，至少一个补光灯位于柱状安装盒体13的下侧，至少一个补光灯位于柱状安装盒体13的上侧，至少一个补光灯位于柱状安装盒体13的左侧，至少一个补光灯位于柱状安装盒体13的右侧。如此，便于检测装置1拍摄到清晰的图像。
具体地，在本实施例中，运动控制系统包括7个补光灯，一个补光灯位于柱状安装盒体13的下侧，两个紧挨的补光灯位于柱状安装盒体13的上侧，，两个紧挨的补光灯位于柱状安装盒体13的左侧，，两个紧挨的补光灯位于柱状安装盒体13的右侧。
进一步优选地，在本实施例中，相机11位于测距传感器43的前侧，测距传感器43位于补光灯的前侧。如此，利于相机11全面采集管道内壁图像信息，以及利于测距传感器43获取准确的检测装置1位姿信息。
优选地，管道巡检机器人还包括设置在支撑平台31上的主运算单元，主运算单元包括：感知模块，用于获取检测装置1采集的管道内壁图像信息；管道内壁缺陷检测模块，用于根据管道内壁图像信息进行分析处理，获得管道内壁缺陷检测结果，如图11所示。
具体地，在本实施例中，根据管道内壁图像信息进行分析处理，获得管道内壁缺陷检测结果，为：基于深度学习的语义分割算法对管道内壁的螺钉丢失、涂层脱落、裂纹、管道内异物等缺陷和异常情况进行检测，以建立管道内壁表面损伤数据集，通过管道内壁损伤数据集对管道内壁损伤检测深度神经网络进行训练，获得管道损伤检测模型，进而管道损伤检测模型对检测装置1采集到的环状全景图像进行推断，进而判断管道内壁是否存在损伤。
具体地，在本实施例中，主运算单元为Ubuntu系统。
进一步地，主运算单元还包括定位模块，用于获取行走伺服电机的编码器信息，将伺服电机的编码器信息输入预先建立的管道巡检机器人运动模型，输出机器人定位信息；
进一步地，主运算单元还包括导航模块，用于根据机器人定位信息和预先规划的路径，获得机器人的目标位置，根据机器人定位信息和目标位置的偏差，基于PID跟踪目标位置。其中，预先规划的路径为根据先验管道信息确定关键坐标，然后拟合出的一个平滑的轨迹函数。具体地，在本实施例中，运动控制器40与主运算单元通过USB连接。如此，利于主运算单元获取运动控制器40收集的信息，以及运动控制器40根据主运算单元做出的路径规划控制管道巡检机器人的行走伺服电机。
实施例2
针对实施例1提出的管道巡检机器人，本实施例提出一种管道巡检机器人的巡检方法，管道巡检机器人在连续移动过程中对管道内壁进行检测，包括以下步骤：
根据测距传感器采集的信息，由运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置至第一拍摄位置采集均匀的管道内壁全景图像以检测当前管段内壁信息；如果检测装置在第一拍摄位置无法全面检测当前管段内壁信息，则根据先验管道信息和第一拍摄位置的检测信息运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置至第二拍摄位置以检测当前管段内壁信息。
第一拍摄位置为当前管段截面水平方向和竖直方向的中心位置，第二拍摄位置为当前管段内能够拍摄到第一拍摄位置盲区的位置，第一拍摄位置盲区为检测装置位于第一拍摄位置没有检测到的当前管段内壁。
优选地，本实施例提出的管道巡检机器人的巡检方法，还包括：根据先验管道信息、机器人定位信息、偏转倾角传感器采集的信息、俯仰倾角传感器采集的信息和测距传感器采集的信息，运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置的位姿进行避障。其中，主运算单元确定机器人的定位信息，包括：获取行走伺服电机的编码器信息，将伺服电机的编码器信息输入预先建立的管道巡检机器人运动模型，输出机器人定位信息。
优选地，本实施例提出的管道巡检机器人的巡检方法，还包括：主运算单元根据机器人定位信息和预先规划的路径，获得机器人的目标位置，根据机器人定位信息和目标位置的偏差，基于PID跟踪目标位置，控制行走伺服电机工作。
如图12和图13所示，为管道巡检机器人在侧部存在凸起5的管段进行巡检的示意图，其中，图12所示检测装置位于第一拍摄位置，图13所示检测装置位于第二拍摄位置。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种管道巡检机器人，其特征在于，
包括检测装置(1)、位姿调整装置(2)和用于沿管道内壁移动的行走机构(3)；
位姿调整装置包括升降机构(22)、俯仰机构(23)和绕行走机构(3)移动方向偏转的偏转机构(21)；偏转机构(21)的固定部安装在支撑平台(31)上，升降机构(22)的固定部安装在偏转机构(21)的偏转部，俯仰机构(23)的固定部安装在升降机构(22)的升降部，检测装置(1)安装在俯仰机构(23)的俯仰部；
检测装置(1)包括安装支架和四个以上的相机(11)，安装支架的第一端与俯仰机构(23)的俯仰部固定连接，安装支架的第二端伸出俯仰机构(23)的俯仰部且朝向行走机构(3)的移动方向，该四个以上的相机(11)均固定安装在安装支架的第二端，并且该四个以上的相机(11)围绕安装支架第二端的朝向方向呈均匀环状布置；
管道巡检机器人巡检过程中，每一个相机(11)的镜头均沿管道截面方向朝向管道的内壁，机器人在移动过程持续进行360°全向检测，形成沿管道截面方向的管道内壁无盲区全景视图。
2.根据权利要求1所述的管道巡检机器人，其特征在于，
偏转机构(21)的偏转部为偏转板(211)；升降机构(22)包括升降驱动组件、第一连杆(221)、第二连杆(222)、第一滑块(223)和第一滑槽(224)；
第一滑槽(224)设置在偏转板(211)顶部并沿偏转板(211)平面延伸，第一滑块(223)与第一滑槽(224)滑动连接，第一连杆(221)的第一端与第一滑块(223)连接，第一连杆(221)的第一端沿第一滑槽(224)滑动的同时能够相对于第一滑槽(224)转动；第二连杆(222)的第一端铰接于偏转板(211)的顶部，第二连杆(222)的第二端铰接于第一连杆(221)的中部；
升降驱动组件安装在偏转板(211)上，升降驱动组件的直线运动输出端与第一滑块(223)固定连接，第一滑块(223)沿第一滑槽(224)滑动，第一连杆(221)的第二端和第二连杆(222)的第二端一块上升或一块下降。
3.根据权利要求2所述的管道巡检机器人，其特征在于，
俯仰机构(23)包括俯仰驱动组件、俯仰板(231)、第三连杆(232)、第二滑块(233)和第二滑槽(234)；第二滑槽(234)设置在俯仰板(231)底部并沿俯仰板(231)平面延伸，第二滑块(233)与第二滑槽(234)滑动连接，第三连杆(232)的第一端与第二滑块(233)连接，第三连杆(232)的第一端沿第二滑槽(234)滑动的同时能够相对于第二滑槽(234)转动；第一连杆(221)的第二端铰接于俯仰板(231)的底部，第三连杆(232)的第二端铰接于第一连杆(221)的中部，并且第一连杆(221)与第三连杆(232)之间的铰接位置位于第一连杆(221)与第二连杆(222)之间的铰接位置的上方；
俯仰驱动组件安装在俯仰板(231)上，俯仰驱动组件的直线运动输出端与第二滑块(233)固定连接，第二滑块(233)沿第二滑槽(234)滑动，第三连杆(232)的第一端上升或下降，带动俯仰板(231)做俯仰动作。
4.根据权利要求3所述的管道巡检机器人，其特征在于，
第一滑块(223)可转动地滑动连接于第一滑槽(224)内，第一连杆(221)的第一端与第一滑块(223)固定连接；和/或，
第二滑块(233)可转动地滑动连接于第二滑槽(234)内，第三连杆(232)的第一端与第二滑块(233)固定连接。
5.根据权利要求3所述的管道巡检机器人，其特征在于，
偏转板(211)的顶部垂直设置有第一安装板(225)，第一安装板(225)上开设有沿偏转板(211)平面延伸的第一腰型孔以作为第一滑槽(224)，第一滑块(223)为圆柱状滑块，第一滑块(223)的端部与第一腰型孔滑动连接；和/或，
俯仰板(231)的底部垂直设置有第二安装板(235)，第二安装板(235)上开设有沿偏转板(211)平面延伸的第二腰型孔以作为第二滑槽(234)，第二滑块(233)为圆柱状滑块，第二滑块(233)的端部与第二腰型孔滑动连接。
6.根据权利要求3所述的管道巡检机器人，其特征在于，
第三连杆(232)的第一端与第一连杆(221)的第一端位于同一侧。
7.根据权利要求1所述的管道巡检机器人，其特征在于，
还包括运动控制器(40)、偏转倾角传感器(41)、俯仰倾角传感器(42)和四个以上测距传感器(43)；
运动控制器(40)设置在支撑平台(31)上，偏转倾角传感器(41)设置在偏转机构(21)的偏转部上，俯仰倾角传感器(42)设置在俯仰机构(23)的俯仰部上，四个以上测距传感器(43)固定安装在安装支架的第二端，并且四个以上测距传感器(43)围绕安装支架第二端的朝向呈均匀环状布置；
偏转倾角传感器(41)、俯仰倾角传感器(42)和四个以上测距传感器(43)均与运动控制器(40)通讯连接，偏转机构(21)的驱动电机、升降机构(22)的驱动电机和俯仰机构(23)的驱动电机均与运动控制器(40)通讯连接。
8.根据权利要求1所述的管道巡检机器人，其特征在于，
还包括主运算单元；
主运算单元包括：
感知模块，用于获取检测装置(1)采集的管道内壁图像信息；
管道内壁缺陷检测模块，用于根据管道内壁图像信息进行分析处理，获得管道内壁缺陷检测结果；
定位模块，用于获取行走伺服电机的编码器信息，将伺服电机的编码器信息输入预先建立的管道巡检机器人运动模型，输出机器人定位信息；
导航模块，用于根据机器人定位信息和预先规划的路径，获得机器人的目标位置，根据机器人定位信息和目标位置的偏差，基于PID跟踪目标位置。
9.一种管道巡检机器人的巡检方法，其特征在于，管道巡检机器人在连续移动过程中沿管道截面方向对管道内壁进行360°全向检测，包括以下步骤：
根据测距传感器采集的信息，由运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置至第一拍摄位置采集均匀的管道内壁全景图像以检测当前管段内壁信息；
如果检测装置在第一拍摄位置无法全面检测当前管段内壁信息，则根据先验管道信息和第一拍摄位置的检测信息，由运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置至第二拍摄位置以检测当前管段内壁信息；
第一拍摄位置为当前管段截面水平方向和竖直方向的中心位置，第二拍摄位置为当前管段内能够拍摄到第一拍摄位置盲区的位置，第一拍摄位置盲区为检测装置位于第一拍摄位置未检测到的当前管段内壁。
10.根据权利要求9所述的管道巡检机器人的巡检方法，其特征在于，还包括：
根据先验管道信息、机器人定位信息、偏转倾角传感器采集的信息、俯仰倾角传感器采集的信息和测距传感器采集的信息，运动控制器控制偏转驱动电机、升降驱动电机和俯仰驱动电机工作，调整检测装置的位姿进行避障；
主运算单元确定机器人的定位信息，包括：获取行走伺服电机的编码器信息，将伺服电机的编码器信息输入预先建立的管道巡检机器人运动模型，输出机器人定位信息；
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