[发明专利]一种基于视觉技术的管道检测机器人系统及工作方法

权利要求书

1.一种基于视觉技术的管道检测机器人系统，其特征在于它包括管道检测机器人本体和监控与检测系统；其中，所述管道检测机器人本体上装载驱动电机；所述监控与检测系统安装在管道检测机器人本体的机身上，以控制驱动电机的动作达到控制管道检测机器人工作。

2.根据权利要求1所述一种基于视觉技术的管道检测机器人系统，其特征在于所述管道检测机器人是带有高强度弹簧压壁装置的螺旋轮式机器人；所述管道检测机器人本体的机械结构是由螺旋头（3）、机身（4）和保持架（5）构成；所述机身（4）用于带载监控与检测系统，并起到连接螺旋头（3）与保持架（5）的作用；所述螺旋头（3）在其圆周方向上分布安装三组驱动轮（2），每两组驱动轮之间的间隔为120°，且都由单个车轮构成；所述驱动轮（2）的轴线与管道中心轴线成一个夹角α，使驱动轮（2）的运动轨迹沿管道壁形成某一螺旋线，当车轮沿着管道内壁移动一圈时，管道检测机器人移动的直线距离为L=πDtanα，其中D为管道内径；通过对驱动轮（2）倾斜角的调整可以改变管道检测机器人运动速度及驱动力大小。

3.根据权利要求2所述一种基于视觉技术的管道检测机器人系统，其特征在于所述驱动轮（2）的轴线与管道中心轴线成一个夹角α的取值范围是15°≤α≤75°。

4.根据权利要求2所述一种基于视觉技术的管道检测机器人系统，其特征在于所述保持架（5）是用于管道检测机器人运动导向的从动机构；所述保持架（5）在其圆周方向上分布安装有三组导向轮（6），每两组导向轮（6）之间的间隔为120°；每组都由单个车轮构成，而且每个导向轮（6）的轴线与管道的中心线平行，对管道检测机器人起支撑、导向作用；

所述螺旋头（3）的驱动轮（2）以及保持架（5）的导向轮（6）通过连接杆（7）与管道检测机器人本体相连，为使管道检测机器人能够在倾斜、垂直或变径管道内稳定行走；所述连接杆（7）内部径向装有高强度弹簧（1），使管道检测机器人在行走过程中对管壁始终保持一定的压力和摩擦力。

5.根据权利要求1所述一种基于视觉技术的管道检测机器人系统，其特征在于所述监控与检测系统是由上位机监控系统、检测模块、下位机单元、电机驱动模块、通讯模块和电源模块构成；所述检测模块、下位机单元、电机驱动模块、通讯模块和电源模块安装在管道检测机器人本体的机身上；所述检测模块与下位机单元连接；所述下位机单元由电源模块供电，其输入端接收管道检测机器人本体上的车轮信息和环境参数信息，其输出端与电机驱动模块连接；所述下位机单元还与通讯模块呈双向信号连接；所述通讯模块与上位机监控系统之间也呈双向信号连接。

6.根据权利要求5所述一种基于视觉技术的管道检测机器人系统，其特征在于所述下位机单元采用PIC18F25K22单片机主控芯片；所述电源模块是为管道检测机器人整体提供能量供给，由3节3.7V的可充电式锂电池组成；所述电源模块的输出端与PIC单片机主控芯片的电源输入端连接，为单片机和检测模块提供5V直流电，为通讯模块提供3.3V直流电，为电机驱动模块提供12V直流电；所述PIC单片机主控芯片的输出端与电机单元控制端连接，以便控制管道检测机器人的运动，电机控制方式采用PWM技术；

所述检测模块的输出端与下位机单元的数据输入端连接，将管道检测机器人的数据信息和管内环境信息通过下位机单元以及通讯单元传送至上位机监控系统；所述检测模块是由超声波测距传感器、霍尔测速传感器、倾角检测传感器、温湿度传感器、定位传感器、摄像头和读卡器构成；所述倾角传感器、温湿度传感器和读卡器的输出端与下位机单元的输入的连接；所述超声波测距传感器测量前方障碍物的信息，并通过普通IO接口与下位机单元之间呈双向连接；所述霍尔测速传感器可以将管道检测机器人本体上的车轮信息发送给下位机单元；所述倾角检测传感器可测量管道XY双轴角度，得知管道机器人的姿态，并通过A/D转换接口发送至下位机单元；所述温湿度检测传感器测量管内温湿度环境情况，并通过普通IO接口传送至下位机单元，以便判断管内环境是否异常；所述定位传感器采用非接触式读卡器；所述摄像头自带WIFI装置，可以直接与上位机连接，保证了图像的实时传输；所述摄像头安装在管道检测机器人的顶部。