CN105715903B - 一种管道机器人及采用其进行管道检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道机器人及采用其进行管道检测的方法，机器人包括控制箱（20）和机器人本体（10）。机器人本体部分包括爬行器（11）、升降臂（12）、摄像头（13）。操作控制箱（20）上的摇杆或按钮，机器人本体（10）会执行相应的动作，这些动作的执行都要经过控制软件的控制。控制软件不仅能控制摄像头（13）的缩放，还能将缩放倍数反馈给控制软件中控制摄像头（13）旋转和俯仰的电机部分，并根据镜头缩放的倍数来改变旋转和俯仰电机的转速。

Description

一种管道机器人及采用其进行管道检测的方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体涉及一种管道机器人。

背景技术

管道在诸多行业都有广泛应用，已经与人们的生活息息相关。为提高管道的寿命，防止管道因损坏或堵塞而产生事故，必须对管道进行定期维护。但由于管道的复杂性，人工检测在很多地方无法实现，一种代替人工检测的管道机器人应运而生。

目前市场上的管道机器人都是通过爬行器搭载摄像头的方式进入地下管道进行检测。爬行器与摄像头均可以通过无线或有线方式与外部操作器连接，外部操作器控制爬行器的行走，转弯以及摄像头的旋转、俯仰、缩放等。通过爬行器与摄像头的配合动作实现对检测管道每一个部分的检测。

现有技术摄像头的旋转及俯仰调节都是通过手动操控摄像头调节按钮或摇杆实现的，摄像头旋转角速度及俯仰角速度恒定，这就导致镜头在放大倍数不同时，摄像头运动后其所拍摄画面的移动速度不尽相同。特别在镜头放大倍数较大时，稍微调节摄像头的俯仰角度，镜头中拍摄的画面会快速移动，使得手动操作过程中很难捕捉到管道中需要捕捉的点。有些产品摄像头的旋转及俯仰速度可以手动调节，但实际操作中，镜头放大后，手动调节很难以调节到合适的速度，在管道中想要捕捉到合适的位置依旧很困难。

经检索，行业内还没有相关专利解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可根据镜头放大倍数来调节摄像头旋转及俯仰角速度的管道机器人，包括机器人本体和控制箱。控制箱与所述机器人本体通过电缆连接，机器人本体通过电缆提供动力并与控制箱进行信息传输。

优选地，机器人本体包括爬行器、升降臂、摄像头，升降臂一端连接在爬行器上，另一端与摄像头连接，爬行器携带所述摄像头在管道中行走，升降臂控制摄像头相对于爬行器的高度，摄像头拍摄管道中的画面。

优选地，摄像头在相应电机的驱动下，通过齿轮传动实现360度旋转以及上下俯仰动作。优选地，控制箱包括摄像头旋转及俯仰控制摇杆、摄像头灯光调节旋钮、摄像头焦距增减按钮、摄像头缩放按钮、摄像头复位按钮、爬行器方向控制摇杆、车速调节旋钮、电源开关按钮、显示屏，通过操作控制箱上的摇杆或按钮，机器人本体执行相应动作。优选地，摄像头自带镜头缩放传感器，控制箱中装有工控机，工控机装有控制软件，工控机通过控制软件控制镜头缩放传感器采集摄像头缩放信号并将信号传输给工控机，控制软件将缩放信号数值按预设程序转换成摄像头旋转及俯仰电机电流值，程序设定电流值与摄像头缩放倍数成反比关系，从而根据摄像头的缩放倍数来改变旋转和俯仰电机的转速。

本发明还提供一种采用管道机器人进行管道检测的方法，包括以下步骤：1）将机器人本体置于需要检测的管道内部；2）操控控制箱使机器人本体在管道中行走，同时摄像头拍摄管道中的画面，并将画面传送到显示屏上；3）根据工作需要按摄像头缩放按钮，摄像头相应地进行放大或缩小镜头的操作；4）操纵摄像头旋转及俯仰控制摇杆，工控机根据镜头放大缩小倍数改变摄像头旋转及俯仰电机的输出电流，从而改变旋转及俯仰的速度。

与现有技术相比，本发明的管道机器人的摄像头不仅能缩放，还能根据缩放倍数自动调节摄像头旋转和俯仰的速度，且两者成反比关系。这样无论摄像头的缩放情况如何，都能保证在控制其旋转和俯仰时所拍摄画面的移动速度相同，便于手动操作摄像头时准确捕捉到管道中的需要捕捉的点。

附图说明

图1为本发明的一种管道机器人的结构示意图；

图2为本发明的一种管道机器人的控制箱示意图；

其中：10—机器人本体；11—爬行器；12—升降臂；13—摄像头；20—控制箱；21—摄像头旋转及俯仰控制摇杆；22—摄像头灯光调节旋钮；23—摄像头焦距增减按钮24—摄像头缩放按钮；25—摄像头复位按钮；26—爬行器方向控制摇杆；27—车速调节旋钮；28—电源开关按钮；29—显示屏。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅仅局限于本实施例。

请参阅图1、图2，本发明的一种管道机器人包括两个部分，一部分是地面上的控制箱20，另一部分是进入地下管道检测的机器人本体10。控制箱20与机器人本体10通过电缆（图中未示出）连接，电缆一方面能为机器人本体10提供动力，另一方面也用于控制箱20与机器人本体10的信息传输。

如图1所示，机器人本体10主要包括爬行器11、升降臂12、摄像头13。升降臂12一端连接在爬行器11上，另一端与摄像头13连接。爬行器11的作用是携带摄像头13在管道中行走，升降臂12可控制摄像头13相对于爬行器11的高度，从而适应不同直径大小的管道，摄像头13用于拍摄管道中的画面，画面可通过连接在机器人本体10的电缆传递到控制箱20上，并显示在显示屏29上。摄像头13在相应电机的驱动下，通过齿轮传动可实现360度旋转以及上下俯仰动作。以上所有动作均在可控制箱20上操作。在其中一个优选实施例中，机器人本体10采用中科天工（武汉）智能技术有限公司生产的智能检测机器人TGB-WS100，摄像头13采用索尼FX11镜头，其具有放大倍数大，体积小的优点，在尽可能满足管道下摄像需求的前提下显著缩小了摄像头13的体积。

如图2所示，控制箱20包括摄像头旋转及俯仰控制摇杆21、摄像头灯光调节旋钮22、摄像头焦距增减按钮23、摄像头缩放按钮24、摄像头复位按钮25、爬行器方向控制摇杆26、车速调节旋钮27、电源开关按钮28、显示屏29。操作控制箱20上的摇杆或按钮，机器人本体10执行相应的动作。控制箱20中装有工控机（图中未示出），工控机用于完成各种控制和图像分析。在其中一个优选实施例中，工控机采用基于X86硬件平台的研华MIO3326型工控机。

机器人本体10在管道中作业，操作摄像头缩放按钮24，工控机安装有控制软件，工控机通过控制软件控制摄像头13镜头的缩放，同时记录镜头缩放的倍数，并将数据反馈给工控机控制软件中控制摄像头13旋转和俯仰电机的部分，工控机控制软件根据镜头缩放的倍数来改变旋转和俯仰电机的转速，并且两者成反比关系：如镜头放大四倍，摄像头13旋转和俯仰电机的转速降为初始值的四分之一。此时操作摄像头旋转及俯仰控制摇杆21，摄像头13旋转及俯仰的角速度均变为之前的四分之一。这样无论摄像头13的缩放情况如何，都能保证在控制其旋转和俯仰时所拍摄到的画面的移动速度相同，便于手动操作摄像头13时准确捕捉到管道中的需要捕捉的点。在其中一个实施例中，控制软件基于WIN7软件平台开发，采用C++语言编程实现。

本发明还提供一种采用管道机器人进行管道检测的方法，具体为：1）将机器人本体10置于需要检测的管道内部；2）操控控制箱20使机器人本体10在管道中行走，同时摄像头13拍摄管道中的画面，并将画面传送到显示屏29上；3）根据工作需要按摄像头缩放按钮24，摄像头13相应地进行放大或缩小镜头的操作。摄像头13中自带镜头缩放传感器，传感器采集摄像头缩放信号并将信号传输给工控机，控制软件将缩放信号数值按预设程序转换成摄像头旋转及俯仰电机电流值，程序设定摄像头缩放倍数与电流值成反比关系，如摄像头13放大四倍，控制软件加载到摄像头旋转及俯仰电机上的电流就变位初始值的四分之一，输出速度也相应变为初始值的四分之一。此检测方法不会出现摄像头在放大倍数较大的情况下旋转或俯仰摄像头，拍摄画面快速跳动的现象，便于捕捉管道中的点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种管道机器人，包括机器人本体（10）和控制箱（20），所述控制箱（20）与所述机器人本体（10）通过电缆连接，所述机器人本体（10）通过所述电缆提供动力并与所述控制箱（20）进行信息传输，其特征在于：所述机器人本体（10）包括爬行器（11）、升降臂（12）、摄像头（13），所述升降臂（12）一端连接在所述爬行器（11）上，另一端与所述摄像头（13）连接，所述爬行器（11）携带所述摄像头（13）在管道中行走，所述升降臂（12）控制所述摄像头（13）相对于所述爬行器（11）的高度，所述摄像头（13）拍摄管道中的画面；

所述控制箱（20）包括摄像头旋转及俯仰控制摇杆（21）、摄像头灯光调节旋钮（22）、摄像头焦距增减按钮（23）、摄像头缩放按钮（24）、摄像头复位按钮（25）、爬行器方向控制摇杆（26）、车速调节旋钮（27）、电源开关按钮（28）、显示屏（29），通过操作所述控制箱（20）上的摇杆或按钮，所述机器人本体（10）执行相应动作；

所述摄像头（13）自带镜头缩放传感器，所述控制箱（20）中装有工控机，所述工控机装有控制软件，所述工控机通过所述控制软件控制所述镜头缩放传感器采集摄像头（13）缩放信号并将所述信号传输给所述工控机，所述控制软件将缩放信号数值按预设程序转换成摄像头旋转及俯仰电机电流值，程序设定所述电流值与摄像头（13）缩放倍数成反比关系，从而根据摄像头（13）的缩放倍数来改变旋转和俯仰电机的转速。

2.如权利要求1所述的一种管道机器人，其特征在于：所述摄像头（13）在相应电机的驱动下，通过齿轮传动实现360度旋转以及上下俯仰动作。

3.一种采用权利要求1-2任意一项所述的管道机器人进行管道检测的方法，包括以下步骤：1）将机器人本体（10）置于需要检测的管道内部；2）操控控制箱（20）使机器人本体（10）在管道中行走，同时摄像头（13）拍摄管道中的画面，并将画面传送到显示屏（29）上；3）根据工作需要按摄像头缩放按钮（24），摄像头（13）相应地进行放大或缩小镜头的操作，4）操纵摄像头旋转及俯仰控制摇杆（21），工控机根据镜头放大缩小倍数改变摄像头旋转及俯仰电机的输出电流，从而改变旋转及俯仰的速度。