[發明專利]一種基于視覺技術的管道檢測機器人系統及工作方法

在審

• 申請號: 201710796875.0
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107329483A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 邵磊;苗彭;陳小奇;韓雪
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司12222
• 代理人: 陳利紅

1.一種基于視覺技術的管道檢測機器人系統，其特征在于它包括管道檢測機器人本體和監控與檢測系統；其中，所述管道檢測機器人本體上裝載驅動電機；所述監控與檢測系統安裝在管道檢測機器人本體的機身上，以控制驅動電機的動作達到控制管道檢測機器人工作。

2.根據權利要求1所述一種基于視覺技術的管道檢測機器人系統，其特征在于所述管道檢測機器人是帶有高強度彈簧壓壁裝置的螺旋輪式機器人；所述管道檢測機器人本體的機械結構是由螺旋頭（3）、機身（4）和保持架（5）構成；所述機身（4）用于帶載監控與檢測系統，并起到連接螺旋頭（3）與保持架（5）的作用；所述螺旋頭（3）在其圓周方向上分布安裝三組驅動輪（2），每兩組驅動輪之間的間隔為120°，且都由單個車輪構成；所述驅動輪（2）的軸線與管道中心軸線成一個夾角α，使驅動輪（2）的運動軌跡沿管道壁形成某一螺旋線，當車輪沿著管道內壁移動一圈時，管道檢測機器人移動的直線距離為L=πDtanα，其中D為管道內徑；通過對驅動輪（2）傾斜角的調整可以改變管道檢測機器人運動速度及驅動力大小。

3.根據權利要求2所述一種基于視覺技術的管道檢測機器人系統，其特征在于所述驅動輪（2）的軸線與管道中心軸線成一個夾角α的取值范圍是15°≤α≤75°。

4.根據權利要求2所述一種基于視覺技術的管道檢測機器人系統，其特征在于所述保持架（5）是用于管道檢測機器人運動導向的從動機構；所述保持架（5）在其圓周方向上分布安裝有三組導向輪（6），每兩組導向輪（6）之間的間隔為120°；每組都由單個車輪構成，而且每個導向輪（6）的軸線與管道的中心線平行，對管道檢測機器人起支撐、導向作用；

所述螺旋頭（3）的驅動輪（2）以及保持架（5）的導向輪（6）通過連接桿（7）與管道檢測機器人本體相連，為使管道檢測機器人能夠在傾斜、垂直或變徑管道內穩定行走；所述連接桿（7）內部徑向裝有高強度彈簧（1），使管道檢測機器人在行走過程中對管壁始終保持一定的壓力和摩擦力。

5.根據權利要求1所述一種基于視覺技術的管道檢測機器人系統，其特征在于所述監控與檢測系統是由上位機監控系統、檢測模塊、下位機單元、電機驅動模塊、通訊模塊和電源模塊構成；所述檢測模塊、下位機單元、電機驅動模塊、通訊模塊和電源模塊安裝在管道檢測機器人本體的機身上；所述檢測模塊與下位機單元連接；所述下位機單元由電源模塊供電，其輸入端接收管道檢測機器人本體上的車輪信息和環境參數信息，其輸出端與電機驅動模塊連接；所述下位機單元還與通訊模塊呈雙向信號連接；所述通訊模塊與上位機監控系統之間也呈雙向信號連接。

6.根據權利要求5所述一種基于視覺技術的管道檢測機器人系統，其特征在于所述下位機單元采用PIC18F25K22單片機主控芯片；所述電源模塊是為管道檢測機器人整體提供能量供給，由3節3.7V的可充電式鋰電池組成；所述電源模塊的輸出端與PIC單片機主控芯片的電源輸入端連接，為單片機和檢測模塊提供5V直流電，為通訊模塊提供3.3V直流電，為電機驅動模塊提供12V直流電；所述PIC單片機主控芯片的輸出端與電機單元控制端連接，以便控制管道檢測機器人的運動，電機控制方式采用PWM技術；

所述檢測模塊的輸出端與下位機單元的數據輸入端連接，將管道檢測機器人的數據信息和管內環境信息通過下位機單元以及通訊單元傳送至上位機監控系統；所述檢測模塊是由超聲波測距傳感器、霍爾測速傳感器、傾角檢測傳感器、溫濕度傳感器、定位傳感器、攝像頭和讀卡器構成；所述傾角傳感器、溫濕度傳感器和讀卡器的輸出端與下位機單元的輸入的連接；所述超聲波測距傳感器測量前方障礙物的信息，并通過普通IO接口與下位機單元之間呈雙向連接；所述霍爾測速傳感器可以將管道檢測機器人本體上的車輪信息發送給下位機單元；所述傾角檢測傳感器可測量管道XY雙軸角度，得知管道機器人的姿態，并通過A/D轉換接口發送至下位機單元；所述溫濕度檢測傳感器測量管內溫濕度環境情況，并通過普通IO接口傳送至下位機單元，以便判斷管內環境是否異常；所述定位傳感器采用非接觸式讀卡器；所述攝像頭自帶WIFI裝置，可以直接與上位機連接，保證了圖像的實時傳輸；所述攝像頭安裝在管道檢測機器人的頂部。