CN115095735A - 一种管道机器人检测装置及管道故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种管道机器人检测装置及管道故障检测方法，包括由前连接体、转动体和后连接体组装形成的圆柱形机体，转动体可以相对于前连接体和后连接体转动；转动体外周上对称地安装有四个探测摄像头和相应的四组超声波检测阵列式探头，前连接体的前端安装有避障摄像头，避障摄像头的四周安装有照明灯。本发明设置相对于前连接体和后连接体转动的转动体，在转动体上安装四个探测摄像头对着管道的上下左右四个方向，当某一探测摄像头被污染或者在管道中被损坏时，可以通过旋转转动体，通过其他探测摄像头继续完成对管道的拍摄，解决了管道机器人仅配备一个摄像头而出现摄像头被污染或者在管道中被损坏则无法继续检测管道内部的问题。

Description

一种管道机器人检测装置及管道故障检测方法
技术领域
本发明属于管道检测技术领域，具体来说，涉及一种管道机器人检测装置及管道故障检测方法。
背景技术
随着社会的快速发展，促使基础设施建设也在快速发展，在各种建筑中随之铺设的各种管道也越来越多，因为管道具有封闭性、带压运输等特点，因而管道在长时间的运输过程中，就会在管道内积累污物，并且管道壁也会受损变薄甚至局部破裂，这些都制约着管道运输的发展，这也逐渐成为检修维护的难点。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。目前，现有的管道机器人大多仅配备一个摄像头，通过摄像头360°转动来获取整个管道的图像信息，因此，在管道机器人移动过程中，如果摄像头被污染或者在管道中被损坏则无法继续检测管道内部。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种管道机器人检测装置及管道故障检测方法，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种管道机器人检测装置，包括由前连接体、转动体和后连接体组装形成的圆柱形机体，转动体可以相对于前连接体和后连接体转动；其中，转动体外周上对称地安装有四个探测摄像头和相应的四组超声波检测阵列式探头，以对管道径向沿圆周方向实时采集图像和进行裂纹检测；后连接体内设置有第二电池、第二线路板和第二电机，第二线路板上集成有第二处理器、第二无线通信模块、第二电机控制模块和摄像头控制模块，转动体与第二电机的输出轴连接，第二电机与第二电机控制模块连接，以控制转动体的转动方向和转动角度，四个探测摄像头与摄像头控制模块连接，以控制探测摄像头调整焦距，第二电池、第二无线通信模块、第二电机控制模块、摄像头控制模块、四个探测摄像头和四组超声波检测阵列式探头分别与第二处理器电连接和信号连接；前连接体的前端安装有避障摄像头，以检测前方管道是否存在异物，避障摄像头的四周安装有照明灯，前连接体内固定有第一电池和第一线路板，第一线路板上集成有第一处理器、第一无线通信模块和定位模块，第一电池、第一无线通信模块、定位模块、避障摄像头和照明灯分别与第一处理器电连接和信号连接。
通过上述技术方案，设置可以相对于前连接体和后连接体转动的转动体结构，在转动体结构上安装四个探测摄像头对着管道的上下左右四个方向，即可对整个管道的横向截面进行拍摄，并且当某一探测摄像头被污染或者在管道中被损坏时，可以通过旋转转动体，通过其他探测摄像头完成对管道的图像拍摄。在机器人前端设置避障摄像机，可以在机器人行走过程中检测前方管道是否拥堵，并在检测到前方管道拥堵时，机器人可以及时停止行走，并向控制端发送定位信息和前方管道照片，方便检测人员及时清理管道，也减少了机器人行走过程中对探测摄像头的损坏。
作为对本发明所述的管道机器人检测装置的进一步说明，优选地，转动体上设置有四个磁吸公头，四个探测摄像头和相应的四组超声波检测阵列式探头的接线分别与四个磁吸公头对应连接，后连接体内设置有与第二处理器连接的四个磁吸母头，四个磁吸公头分别与四个磁吸母头磁吸连接。
通过上述技术方案，转动体相对于前连接体和后连接体转动，设置转动体上的探测摄像头和超声波检测阵列式探头接线到磁吸公头上，磁吸公头上随着转动体转动，在后连接体内设置固定位置的磁吸母头，转动体每转动90°，四个磁吸公头都对应和四个磁吸母头连接，保证探测摄像头和超声波检测阵列式探头可以与第二处理器连接。
作为对本发明所述的管道机器人检测装置的进一步说明，优选地，转动体包括环状旋转外壳，环状旋转外壳内中部设置有接线面，接线面的中心设置有轴接体，第二电机的输出轴与轴接体连接，接线面外可拆卸地安装有环状的第一接线板，第一接线板上对称地设置有四个磁吸公头，四个探测摄像头和相应的四组超声波检测阵列式探头的接线镶嵌在接线面上并分别与四个磁吸公头对应连接。
通过上述技术方案，探测摄像头和超声波检测阵列式探头的接线镶嵌在接线面上，接线面可以附着一层乳胶层固定线路，保证了线路不被损坏。
作为对本发明所述的管道机器人检测装置的进一步说明，优选地，后连接体内中部具有第一容置腔，所述第一容置腔外围具有环状容置腔，第二电机固定在所述第一容置腔内，第二电池、第二线路板和第二接线板固定在所述第二容置腔内，第二电池为环状电池，第二线路板为环状线路板，第二接线板为环状接线板，且四个磁吸母头设置在第二接线板上。
作为对本发明所述的管道机器人检测装置的进一步说明，优选地，前连接体的两侧设置有驱动轮，驱动轮与第一电机连接，第一电机固定在前连接体上，第一电机与第一电机控制模块连接，第一电机控制模块与第一处理器电连接和信号连接，以控制驱动轮启动或停止；后连接体的两侧设置有从动轮。
作为对本发明所述的管道机器人检测装置的进一步说明，优选地，第一无线通信模块接收控制端的控制信号，并传送给第一电机控制模块，以使第一电机控制驱动轮启动。
作为对本发明所述的管道机器人检测装置的进一步说明，优选地，第二无线通信模块接收控制端的控制信号，并传送给第二电机控制模块，以使第二电机控制转动体的转动方向和转动角度。
作为对本发明所述的管道机器人检测装置的进一步说明，优选地，第二无线通信模块接收控制端的控制信号，并传送给摄像头控制模块，以使摄像头控制模块控制探测摄像头调整焦距。
作为对本发明所述的管道机器人检测装置的进一步说明，优选地，第一处理器接收避障摄像头拍摄的前方管道图片信息，并在判断前方管道存在异物时，向第一电机控制模块、定位模块和第一无线通信模块传送控制信号，以使第一电机控制驱动轮停止转动，定位模块通过第一无线通信模块向控制端发送管道位置信息。
为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种利用所述的管道机器人检测装置的管道故障检测方法，所述管道故障检测方法包括如下步骤：
步骤1)：通过第二电机控制模块控制第二电池调整转动体位置，使四个探测摄像头和相应的四组超声波检测阵列式探头分别对准管道的上下左右四个方向；
步骤2)：通过摄像头控制模块控制探测摄像头调整焦距，使四个探测摄像头的辐射的范围包含整个管道径向圆周；
步骤3)：打开并检查四组超声波检测阵列式探头是否能使用、避障摄像头的辐射范围以及照明灯亮度；
步骤4)：通过第一电机控制模块控制第一电机控制驱动轮启动，以使管道机器人在管道中前进；
步骤5)：获取探测摄像头的图像信息、超声波检测阵列式探头的超声波信号以及避障摄像头的前方管道图像，来确定所述管道是否存在故障。
本发明的有益效果：
本发明设置可以相对于前连接体和后连接体转动的转动体结构，在转动体结构上安装四个探测摄像头对着管道的上下左右四个方向，即可对整个管道的横向截面进行拍摄，并且当某一探测摄像头被污染或者在管道中被损坏时，可以通过旋转转动体，通过其他探测摄像头完成对管道的图像拍摄。在机器人前端设置避障摄像机，可以在机器人行走过程中检测前方管道是否拥堵，并在检测到前方管道拥堵时，机器人可以及时停止行走，并向控制端发送定位信息和前方管道照片，方便检测人员及时清理管道，也减少了机器人行走过程中对探测摄像头的损坏。
附图说明
图1为本发明的管道机器人检测装置的结构示意图。
图2为本发明的转动体的结构示意图。
图3为本发明的第二线路板的线路连接示意图。
图4为本发明的第一线路板的线路连接示意图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例详细说明如下，本实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
如图1所示，一种管道机器人检测装置，包括由前连接体1、转动体2和后连接体3组装形成的圆柱形机体。转动体2可以相对于前连接体1和后连接体3转动。转动体2外周上对称地安装有四个探测摄像头4和相应的四组超声波检测阵列式探头5，以对管道径向沿圆周方向实时采集图像和进行裂纹检测。在后连接体3内设置有第二电池31、第二线路板32和第二电机10。第二线路板32上集成有第二处理器33、第二无线通信模块34、第二电机控制模块35和摄像头控制模块36。前连接体1的前端安装有避障摄像头6，以检测前方管道是否存在异物，避障摄像头6的四周安装有照明灯7。在前连接体1内固定有第一电池11和第一线路板12。第一线路板12上集成有第一处理器13、第一无线通信模块14和定位模块16。
具体地，如图1和图2所示，转动体2包括环状旋转外壳21、接线面22、轴接体23、第一接线板24和磁吸公头25。环状旋转外壳21内中部设置有接线面22，接线面22用于固定探测摄像头4和超声波检测阵列式探头5的接线，接线面22可以附着一层乳胶层，以方便将线路镶嵌在其上，保护线路不被损坏。接线面22的中心设置有轴接体23，轴接体23用于与第二电机10的输出轴连接，以驱动转动体2转动。接线面22外可拆卸地安装有环状的第一接线板24，第一接线板24上对称地设置有四个磁吸公头25，四个探测摄像头4和相应的四组超声波检测阵列式探头5的接线分别与四个磁吸公头25对应连接。
如图1所示，后连接体3内中部具有第一容置腔，所述第一容置腔外围具有环状容置腔，第二电机10固定在所述第一容置腔内，第二电池31、第二线路板32和第二接线板37固定在所述第二容置腔内。转动体2与第二电机10的输出轴连接，在转动体2的轴接体23外套设有轴承。第二电池31为环状电池在环状容置腔最里层，然后依次安装第二线路板32和第二接线板37，第二线路板32设置为环状线路板，第二接线板37为环状接线板在最外侧，且四个磁吸母头38设置在第二接线板37上，第二接线板37刚好与第一接线板24接触。此时，四个磁吸公头25分别与四个磁吸母头38磁吸连接。磁吸公头25随着转动体2转动，并且转动体2每转动90°，四个磁吸公头25都刚好和四个磁吸母头38连接。
如图3所示，第二线路板32上的线路连接包括：第二无线通信模块34与第二处理器33连接，用于与控制端通信，实现远程控制和检测反馈。第二电机10与第二电机控制模块35连接，第二电机控制模块35与第二处理器33连接，第二无线通信模块34接收控制端的控制信号，并传送给第二电机控制模块35，以使第二电机10控制转动体2的转动方向和转动角度。四个探测摄像头4和相应的四组超声波检测阵列式探头5的接线连接至四个磁吸公头25，四个磁吸母头38与第二处理器33、摄像头控制模块36连接。第二无线通信模块34接收控制端的控制信号，并传送给摄像头控制模块36，以使摄像头控制模块36控制探测摄像头4调整焦距。第二电池31与第二处理器33连接，为探测摄像头4、超声波检测阵列式探头5和第二电机10供电。
如图4所示，第一线路板12上的线路连接包括：第一无线通信模块14与第一处理器13连接，用于与控制端通信，实现远程控制和检测反馈。定位模块16与第一处理器13连接，定位模块16用于定位机器人的位置信息，并通过第一无线通信模块14反馈给控制端。避障摄像头6的线路与第一处理器13连接，第一无线通信模块14接收控制端的控制信号，并传送给避障摄像头6，以打开避障摄像头6。第一处理器13接收避障摄像头6拍摄的前方管道图片信息，并在判断前方管道存在异物时，向定位模块16和第一无线通信模块14传送控制信号，以使定位模块16通过第一无线通信模块14向控制端发送管道位置信息。照明灯7与第一处理器13连接，第一无线通信模块14接收控制端的控制信号，并传送给照明灯7，以打开照明灯7，并可以通过远程调整照明灯7的亮度，以保证摄像头拍摄的图片清晰。
如图1所示，本实施方式中，机器人在前连接体1的两侧设置有驱动轮8，后连接体3的两侧设置有从动轮。驱动轮8与第一电机9连接，第一电机9固定在前连接体1上。第一电机9与第一电机控制模块15连接，第一电机控制模块15与第一处理器13电连接和信号连接，以控制驱动轮8启动或停止。第一无线通信模块14接收控制端的控制信号，并传送给第一电机控制模块15，以使第一电机9控制驱动轮8启动。在机器人移动过程中，第一处理器13接收避障摄像头6拍摄的前方管道图片信息，并在判断前方管道存在异物时，向第一电机控制模块15、传送控制信号，以使第一电机9控制驱动轮8停止转动，减少了机器人行走过程中对探测摄像头的损坏。
在使用上述管道机器人对管道进行故障检测时，先通过第二电机控制模块35控制第二电池31调整转动体2位置，使四个探测摄像头4和相应的四组超声波检测阵列式探头5分别对准管道的上下左右四个方向；然后通过摄像头控制模块36控制探测摄像头4调整焦距，使四个探测摄像头4的辐射的范围包含整个管道径向圆周；再打开并检查四组超声波检测阵列式探头5是否能使用、避障摄像头6的辐射范围以及照明灯7亮度；如果没有问题，可以通过第一电机控制模块15控制第一电机9控制驱动轮8启动，以使管道机器人在管道中前进；获取探测摄像头4的图像信息、超声波检测阵列式探头5的超声波信号以及避障摄像头6的前方管道图像，来确定所述管道是否存在故障。可以采用现有技术中的处理器对图像信息和超声波信号进行处理来判断管道的故障，在发现故障时向控制端发送报警信号，也可以由控制端来实现故障判断。避障摄像头6主要用于发现管道前方是否有障碍物，采用现有技术来实现。
在管道机器人移动过程中，如果某一探测摄像头4被污染或者在管道中被损坏，则向控制端发送报警信号。由控制端远程控制转动体2转动，来保证其他探测摄像头4辅助完成对整个管道的横向截面进行拍摄。对有问题的管段，在控制端可以控制探测摄像头4调整焦距，能更清晰的获得图片。另外，在前连接体1上靠近转动体2的位置可以设置有补光灯带17，照明灯带17与第一处理器13连接，来保证探测摄像头4拍摄的图像清晰。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种管道机器人检测装置，其特征在于，包括由前连接体(1)、转动体(2)和后连接体(3)组装形成的圆柱形机体，转动体(2)可以相对于前连接体(1)和后连接体(3)转动；其中，
转动体(2)外周上对称地安装有四个探测摄像头(4)和相应的四组超声波检测阵列式探头(5)，以对管道径向沿圆周方向实时采集图像和进行裂纹检测；
后连接体(3)内设置有第二电池(31)、第二线路板(32)和第二电机(10)，第二线路板(32)上集成有第二处理器(33)、第二无线通信模块(34)、第二电机控制模块(35)和摄像头控制模块(36)，转动体(2)与第二电机(10)的输出轴连接，第二电机(10)与第二电机控制模块(35)连接，以控制转动体(2)的转动方向和转动角度，四个探测摄像头(4)与摄像头控制模块(36)连接，以控制探测摄像头(4)调整焦距，第二电池(31)、第二无线通信模块(34)、第二电机控制模块(35)、摄像头控制模块(36)、四个探测摄像头(4)和四组超声波检测阵列式探头(5)分别与第二处理器(33)电连接和信号连接；
前连接体(1)的前端安装有避障摄像头(6)，以检测前方管道是否存在异物，避障摄像头(6)的四周安装有照明灯(7)，前连接体(1)内固定有第一电池(11)和第一线路板(12)，第一线路板(12)上集成有第一处理器(13)、第一无线通信模块(14)和定位模块(16)，第一电池(11)、第一无线通信模块(14)、定位模块(16)、避障摄像头(6)和照明灯(7)分别与第一处理器(13)电连接和信号连接。
2.如权利要求1所述的管道机器人检测装置，其特征在于，转动体(2)上设置有四个磁吸公头(25)，四个探测摄像头(4)和相应的四组超声波检测阵列式探头(5)的接线分别与四个磁吸公头(25)对应连接，后连接体(3)内设置有与第二处理器(33)连接的四个磁吸母头(38)，四个磁吸公头(25)分别与四个磁吸母头(38)磁吸连接。
3.如权利要求2所述的管道机器人检测装置，其特征在于，转动体(2)包括环状旋转外壳(21)，环状旋转外壳(21)内中部设置有接线面(22)，接线面(22)的中心设置有轴接体(23)，第二电机(10)的输出轴与轴接体(23)连接，接线面(22)外可拆卸地安装有环状的第一接线板(24)，第一接线板(24)上对称地设置有四个磁吸公头(25)，四个探测摄像头(4)和相应的四组超声波检测阵列式探头(5)的接线镶嵌在接线面(22)上并分别与四个磁吸公头(25)对应连接。
4.如权利要求3所述的管道机器人检测装置，其特征在于，后连接体(3)内中部具有第一容置腔，所述第一容置腔外围具有环状容置腔，第二电机(10)固定在所述第一容置腔内，第二电池(31)、第二线路板(32)和第二接线板(37)固定在所述第二容置腔内，第二电池(31)为环状电池，第二线路板(32)为环状线路板，第二接线板(37)为环状接线板，且四个磁吸母头(38)设置在第二接线板(37)上。
5.如权利要求1所述的管道机器人检测装置，其特征在于，前连接体(1)的两侧设置有驱动轮(8)，驱动轮(8)与第一电机(9)连接，第一电机(9)固定在前连接体(1)上，第一电机(9)与第一电机控制模块(15)连接，第一电机控制模块(15)与第一处理器(13)电连接和信号连接，以控制驱动轮(8)启动或停止；后连接体(3)的两侧设置有从动轮。
6.如权利要求5所述的管道机器人检测装置，其特征在于，第一无线通信模块(14)接收控制端的控制信号，并传送给第一电机控制模块(15)，以使第一电机(9)控制驱动轮(8)启动。
7.如权利要求1所述的管道机器人检测装置，其特征在于，第二无线通信模块(34)接收控制端的控制信号，并传送给第二电机控制模块(35)，以使第二电机(10)控制转动体(2)的转动方向和转动角度。
8.如权利要求1所述的管道机器人检测装置，其特征在于，第二无线通信模块(34)接收控制端的控制信号，并传送给摄像头控制模块(36)，以使摄像头控制模块(36)控制探测摄像头(4)调整焦距。
9.如权利要求1所述的管道机器人检测装置，其特征在于，第一处理器(13)接收避障摄像头(6)拍摄的前方管道图片信息，并在判断前方管道存在异物时，向第一电机控制模块(15)、定位模块(16)和第一无线通信模块(14)传送控制信号，以使第一电机(9)控制驱动轮(8)停止转动，定位模块(16)通过第一无线通信模块(14)向控制端发送管道位置信息。
10.一种利用如权利要求1-9任一所述的管道机器人检测装置的管道故障检测方法，其特征在于，所述管道故障检测方法包括如下步骤：
步骤1)：通过第二电机控制模块(35)控制第二电池(31)调整转动体(2)位置，使四个探测摄像头(4)和相应的四组超声波检测阵列式探头(5)分别对准管道的上下左右四个方向；
步骤2)：通过摄像头控制模块(36)控制探测摄像头(4)调整焦距，使四个探测摄像头(4)的辐射的范围包含整个管道径向圆周；
步骤3)：打开并检查四组超声波检测阵列式探头(5)是否能使用、避障摄像头(6)的辐射范围以及照明灯(7)亮度；
步骤4)：通过第一电机控制模块(15)控制第一电机(9)控制驱动轮(8)启动，以使管道机器人在管道中前进；
步骤5)：获取探测摄像头(4)的图像信息、超声波检测阵列式探头(5)的超声波信号以及避障摄像头(6)的前方管道图像，来确定所述管道是否存在故障。
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