CN209802319U - 一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人，该机器人包括：梯度方位测量仪，用于测量和存储梯度角和方位角的信息，梯度角为机器人所行走管道底面与水平面之间的夹角，方位角为机器人所行走管道延伸方向与地理正北向之间的夹角；管道截面扫描仪，用于扫描机器人所行走管道截面形状，存储所扫描的管道截面形状信息。本实用新型实施例的用于管道梯度方位测量扫描的机器人通过梯度方位测量仪实时测量管道梯度角和方位角信息，通过管道截面扫描仪实时扫描管道截面形状信息，操作人员可以远程的在地面控制模块实时观测管道内实际情况并控制机器人的测量扫描过程。

Description

一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人

技术领域

本实用新型实施例涉及管道勘测技术领域，具体涉及一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人。

背景技术

排水管道是指汇集和排放污水、废水和雨水的管渠及其附属设施所组成的系统，是市政管道的重要组成部分。管道实际梯度是检验管道施工质量、评估管道性能的重要参数之一。受施工精度、地面沉降、排水冲刷等多种因素影响，管道实际梯度通常与设计梯度存在一定差别，往往需要对管道内梯度角等信息进行测量。

现有技术公开了一种管道勘测机器人，包括至少两个相互连接的多节主体，所述多节主体包括本体、以及至少两组转动支撑臂，所述转动支撑臂包括第一、第二机械臂，所述第一、第二机械臂的一端均与本体铰接，另一端均固定设有与管道内壁接触的控制轮；所述本体上固定设有摄像头和传感器；所述转动支撑臂为三组；所述相邻的多节主体通过万向接头相连接；所述多节主体为三个。

现有技术公开了一种地下管道一体化勘测装置，包括箱型车体，所述箱型车体两侧分别对称固定有车扶手和支撑腿，所述箱型车体上还组装有井盖起吊系统、锁紧系统和测距系统；所述井盖起吊系统包括起吊杠杆，所述起吊杠杆的阻力臂端部设有起吊链，所述起吊链末端设有起吊钩，所述起吊杠杆动力臂端部设有脚踏板，所述箱型车体内部两侧的加强筋支架上分别设有支撑轴承，所述起吊杠杆中部杆体与两个所述支撑轴承共同支撑的旋转轴固定在一起；所述锁紧系统包括固定在所述箱型车体内部的挡销和与所述挡销相互配合的限位齿条，所述限位齿条中部铰接在所述起吊杠杆杆臂上，所述限位齿条的下部齿形结构卡接在所述挡销处，所述限位齿条的上端通过扎线与安装在所述扶手上的手柄连接，同时所述限位齿条上端与所述起吊杠杆之间设有拉簧。

现有的管道勘测装置仅能对距离等参数进行检测或者仅是简单的拍摄照片，目前对管道的梯度角和方位角等信息没有自动检测的装置，往往需要人工下入管道进行详细的勘测，浪费人工、成本高、精度低且测量效率低下。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人，以解决现有技术中人工测量管道梯度角和方位角等信息成本高、精度低且测量效率低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人，该机器人包括：梯度方位测量仪，用于测量和存储梯度角和方位角的信息，所述梯度角为机器人所行走管道底面与水平面之间的夹角，所述方位角为机器人所行走管道延伸方向与地理正北向之间的夹角；管道截面扫描仪，用于扫描所述机器人所行走管道截面形状，存储所扫描的管道截面形状信息；行走机构，用于带动所述梯度方位测量仪和所述管道截面扫描仪行走于待测量的管道；地面控制模块，包括控制单元，所述控制单元用于控制所述行走机构的前进、后退或转向方向并控制梯度方位测量仪和管道截面扫描仪的开启和关闭。

进一步地，所述机器人还包括摄像头，所述摄像头连接于所述行走机构，所述摄像头用于拍摄所述机器人在管道中所行走处的管道内照片和视频并传送给所述地面控制模块。

进一步地，所述机器人还包括用于照亮待测量的管道的探照灯，所述探照灯连接于所述行走机构。

进一步地，所述地面控制模块与所述梯度方位测量仪之间、所述地面控制模块与所述管道截面扫描仪之间通过电缆相连接。

进一步地，所述行走机构包括履带式底盘或轮式底盘。

进一步地，所述梯度方位测量仪包括倾角测量仪和方位测量仪。

进一步地，所述管道截面扫描仪包括拍照式扫描仪或激光三维扫描仪。

进一步地，所述地面控制模块包括总线工业电脑、可编程控制系统、分散型控制系统、现场总线系统和数控系统中的一种或多种。

本实用新型实施例具有如下优点：

本实用新型实施例的用于管道梯度方位测量扫描的机器人通过梯度方位测量仪实时测量管道梯度角和方位角信息，通过管道截面扫描仪实时扫描管道截面形状信息，操作人员可以远程的在地面控制模块实时观测管道内实际情况并控制机器人的测量过程，具有测量数据精确、作业安全、操作方便的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1-2为本实用新型实施例1、2、3提供的一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人的结构示意图。

图中：

1梯度方位测量仪 2管道截面扫描仪 3行走机构

4地面控制模块 5摄像头 6探照灯

7电缆

100管道底面 200梯度角 300水平面

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人，如图1-2所示，该机器人包括：梯度方位测量仪1，用于测量和存储梯度角和方位角的信息，所述梯度角200为机器人所行走管道底面100与水平面300之间的夹角，所述方位角为机器人所行走管道延伸方向与地理正北向之间的夹角；管道截面扫描仪2，用于扫描所述机器人所行走管道截面形状，存储所扫描的管道截面形状信息；行走机构3，用于带动所述梯度方位测量仪1和所述管道截面扫描仪2行走于待测量的管道；地面控制模块4，包括控制单元，所述控制单元用于控制所述行走机构3的前进、后退或转向方向并控制梯度方位测量仪1和管道截面扫描仪2的开启和关闭。

本实施例机器人在待测量管道内进行测量时，行走机构3带动梯度方位测量仪1和管道截面扫描仪2一起前进、后退或转向，地面控制模块4位于管道以外的地面上，操作者通过地面控制模块4控制所述行走机构3的前进、后退或转向方向，并且控制梯度方位测量仪1和管道截面扫描仪2的开启和关闭。

梯度方位测量仪1可以是一种高精度倾角、方位角测量仪，梯度方位测量仪可以固定安装在行走机构3正中心，梯度方位测量仪1的竖向中轴线与行走机构3的竖向中线优选重合。梯度方位测量仪1能够测到管道底面与水平面的夹角，即梯度角β，测量精度超过千分之三。机器人沿管道延伸方向行走，当管道底面为水平时，机器人底盘的平面与水平面夹角为零，梯度方位测量仪测到的梯度角β为零；当管道底面存在梯度时，机器人底盘的平面发生倾斜与水平面成一个大小为β的夹角，此时梯度方位测量仪测到的梯度角为β。梯度方位测量仪1还可以测量管道延伸方向的方位角，方位角是指管道延伸方向的水平投影与真北方向的夹角。

在使用本实施例的机器人时，首先，将机器人投放入待测量管道内，然后，操作者通过控制地面控制模块4以控制行走机构3开始在管道内行走，行走机构3在管道内行走的过程中，梯度方位测量仪1实时监测存储梯度角和方位角的信息并进行存储和传输(传输给地面控制模块4)，管道截面扫描仪2实时扫描所述机器人所行走管道截面形状，存储并传输所扫描的管道截面形状信息(传输给地面控制模块4)，本次测量管道的梯度角、方位角和截面形状测量结束后，操作者通过控制地面控制模块4以控制行走机构3后退至机器人投放处以便从管道取出，这样即完成了一次测量过程。通过本实施例的机器人可以方便快捷地对管道的梯度角、方位角和截面形状信息进行测量，不再需要人工下入管道内进行测量，操作者在地面操作地面控制模块4即可，极大地了节省了人工劳动，提高了测量速度，并且能获得管道梯度角、方位角和截面形状的连续或者渐变的信息，测量精准度高。

实施例2

如实施例1所述的机器人，如图1-2所示，所述机器人还包括摄像头5，所述摄像头5连接于所述行走机构3，所述摄像头5用于拍摄所述机器人在管道中所行走处的管道内照片和视频并传送给所述地面控制模块4。所述机器人还包括用于照亮待测量的管道的探照灯6，所述探照灯6连接于所述行走机构3。

探照灯6与摄像头5安装在行走机构3前端，可以同步360度旋转，探照灯6起照明作用，摄像头5与地面控制模块4可以通过电缆连接，摄像头5拍摄录像并实时通过电缆传输到地面控制模块4，这样操作者在地面控制模块4可以实时观测到机器人所行走管道处的图像，进而可以及时控制行走机构3进行对应的转向或者掉头等，能避免机器人在行走过程中撞到管道壁而损坏，极大地提高了测量速度，使测量过程能够更顺利地进行。

实施例3

如实施例1所述的机器人，如图1-2所示，所述地面控制模块4与所述梯度方位测量仪1之间、所述地面控制模块4与所述管道截面扫描仪2之间通过电缆7相连接。

电缆7的作用包括：为机器人提供电源，传输摄像头拍摄的视频、传输梯度方位测量仪和管道截面扫描仪测到的数据给地面控制模块，传输地面控制模块的控制信号给行走机构、梯度方位测量仪、管道截面扫描仪和摄像头。这样，通过电缆的传输作用，操作者在地面控制模块4即可实时地远程控制行走机构、梯度方位测量仪、管道截面扫描仪和摄像头，使得测量过程更加顺利，显著提高了测量速度。

实施例4

如实施例1所述的机器人，所述行走机构3包括履带式底盘或轮式底盘。

所述行走机构3的作用是承载机器人的所有重量，拖动电缆前进、后退或转向，行走机构可以自动记录并存储行走距离。梯度方位测量仪1和管道截面扫描仪2可以稳固地连接于履带式底盘或轮式底盘上。

实施例5

如实施例1所述的机器人，所述梯度方位测量仪1包括倾角测量仪和方位测量仪。

倾角测量仪和方位测量仪还可以具有存储功能，倾角测量仪可以将测到的梯度角β、方位测量仪可以将测量到的方位角数值通过电缆实时传输给地面控制模块。倾角测量仪测量梯度角、方位测量仪测量方位角的测量精准度高。

具体地，倾角测量仪可以选择但并不限于如下表1中的具体类型，方位测量仪可以选择但并不限于如下表2中的具体类型：

表1：

序号	型号	量程	分辨率	精度	厂家
						1	ACT926T	±30°	0.0005°	0.001°	无锡咏为传感科技有限公司
2	Lippmann		0.00005°	0.001°	陕西航天长城科技有限公司
						3	BWS2000-5	±5°	0.0005°	0.001°	无锡北微传感科技有限公司
4	BWS2000-15	±5°	0.0005°	0.003°	无锡北微传感科技有限公司
						5	ACA2400T	±90°	0.0005°	0.001°	深圳市瑞芬科技有限公司

表2：

序号	型号	厂家
			1	TL766D方位角度仪	深圳市瑞芬科技有限公司
2	TL740D陀螺转角仪	深圳市瑞芬科技有限公司
			3	陀螺寻北仪HTXB	陕西航天长城科技有限公司
4	AgileLight-NS400光纤陀螺寻北仪	无锡北微传感科技有限公司
			5	AgileLight-500C数字闭环三轴光纤陀螺仪	无锡北微传感科技有限公司
6	AgileLight-IMS675光纤陀螺寻北测斜仪	无锡北微传感科技有限公司
			7	AgileLight-830A数字闭环单轴光纤陀螺仪	无锡北微传感科技有限公司

实施例6

如实施例1所述的机器人，所述管道截面扫描仪2包括拍照式扫描仪或激光三维扫描仪。

管道截面扫描仪2可以是激光扫描仪或其他具有扫描成像的仪器，具体地可以为拍照式扫描仪或激光三维扫描仪等非接触式主动扫描仪，可以实时扫描管道截面形状。管道截面扫描仪还可以具有存储功能，可以将测到的管道截面形状数据通过电缆实时传输给地面控制模块。

具体的，管道截面扫描仪2可以选择但并不限于如下表3中的具体类型：

表3：

序号	型号	厂家
			1	PTS-H400M拍照式三维扫描仪	深圳市精易迅科技有限公司
2	天宝TX5激光三维扫描仪	深圳市精易迅科技有限公司
			3	拍照式W3000三维扫描仪	华朗三维技术(深圳)有限公司
4	HOLON760三维激光扫描仪	华朗三维技术(深圳)有限公司

实施例7

如实施例1所述的机器人，所述地面控制模块4包括总线工业电脑、可编程控制系统、分散型控制系统、现场总线系统和数控系统中的一种或多种。

地面控制模块的作用包括通过电缆控制行走机构的前进、后退、转向，显示存储行走机构记录的行走距离；地面控制模块可以通过电缆控制摄像头和探照灯旋转；地面控制模块可以实时显示、存储摄像头拍摄到的视频；地面控制模块可以通过电缆控制梯度方位测量仪和管道截面扫描仪的启动和关闭；地面控制模块可以实时显示、存储梯度方位测量仪和管道截面扫描仪测到的数据，并绘制梯度与行走距离曲线，还原管道截面形状。

操作人员通过在地面控制模块4即可远程控制机器人进行测量，控制方便便捷。

实施例8

如实施例1所述的机器人，所述地面控制模块4还包括显示单元、储存单元和绘图单元，所述显示单元用于显示行走机构的行走距离、以及显示控制梯度方位测量仪和管道截面扫描仪所测量的信息，所述储存单元用于存储行走机构的行走距离和存储控制梯度方位测量仪1和管道截面扫描仪2所测量的信息，所述绘图单元用于绘制行走机构3所行走管道梯度角与行走距离间曲线并绘制管道截面形状。

通过由显示单元、储存单元和绘图单元构成的地面控制模块4可以对地下管道内的实际情况进行还原，能够非常清楚地了解到管道内信息，使得测量更加全面。

本实用新型实施例的用于管道梯度方位测量扫描的机器人可以实时自动测量排水管道任意位置的梯度角(梯度)、方位角(方位)，扫描管道截面形状，具有远程控制功能，可在人无法进入的狭小排水管道或对人体有害的排水管道内自动行走，遥控测量，具有测量数据精确、作业安全、操作方便的特点。可以通过测量的数据可以绘制管道的三维空间位置，全面掌握管道内部的梯度、方位和截面形状。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于管道梯度方位测量扫描的机器人，其特征在于，该机器人包括：

梯度方位测量仪(1)，用于测量和存储梯度角和方位角的信息，所述梯度角为机器人所行走管道底面与水平面之间的夹角，所述方位角为机器人所行走管道延伸方向与地理正北向之间的夹角；

管道截面扫描仪(2)，用于扫描所述机器人所行走管道截面形状，存储所扫描的管道截面形状信息；

行走机构(3)，用于带动所述梯度方位测量仪(1)和所述管道截面扫描仪(2)行走于待测量的管道；

地面控制模块(4)，包括控制单元，所述控制单元用于控制所述行走机构(3)的前进、后退或转向方向并控制梯度方位测量仪(1)和管道截面扫描仪(2)的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括摄像头(5)，所述摄像头(5)连接于所述行走机构(3)，所述摄像头(5)用于拍摄所述机器人在管道中所行走处的管道内照片和视频并传送给所述地面控制模块(4)。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括用于照亮待测量的管道的探照灯(6)，所述探照灯(6)连接于所述行走机构(3)。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述地面控制模块(4)与所述梯度方位测量仪(1)之间、所述地面控制模块(4)与所述管道截面扫描仪(2)之间通过电缆(7)相连接。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述行走机构(3)包括履带式底盘或轮式底盘。

6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述梯度方位测量仪(1)包括倾角测量仪和方位测量仪。

7.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述管道截面扫描仪(2)包括拍照式扫描仪或激光三维扫描仪。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述地面控制模块(4)包括总线工业电脑、可编程控制系统、分散型控制系统、现场总线系统和数控系统中的一种或多种。