[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

说明书

技术领域

本发明属于管道检测机器人技术领域，特别是一种基于视觉技术的管道检测机器人系统及工作方法。

背景技术

随着全球工业化程度越来越高，资源的运输与共享已成为人们生活与生产中不可或缺的部分，目前主流的五大运输方式分别是公路运输、铁路运输、海上运输、空中运输和管道运输。与其他几种运输方式相比，管道运输有着运输量大、占地少、不受气候影响、安全性较高、成本低、环境效益好等一系列独特的优势，已经广泛应用于食品加工业、城市给排水、石油化工、生活资源供给等诸多重要领域，逐渐开始成为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。

然而管道运输快速发展的背后却隐藏着越来越大的安全隐患。由于管道中输送的油气都易燃易爆，一旦发生任何纰漏，比如管道破裂等，极易引起火灾、爆炸等恶性后果。

在巨大的安全隐患下，全球开始加强对油气管道运输安全的监管。防止安全问题发生的行之有效的一个办法就是强制企业实施管道检测。美国陆续颁布了《管道安全改进法》，《2006年管道检测、保护、执法安全法令》等一系列法令条文来规范和加强企业对管道安全性检测。我国也颁布了《压力管道定期检验规则》，这一法令的制定规范了国家对油气输送管道检测的标准，其中规定主管路五年内必须进行检测。

传统的管道检测，所有的检测内容都是由工作人员亲自完成，存在一定的危险性，并且检测效率也不尽如人意。尤其对于内部比较狭窄的管道或者输送有毒气体的管道，检测人员根本不能进行任何检测，为了管道能够安全作业，研究新的管道检测技术已经成为管道运输行业的首要任务，而管道检测机器人的出现解决了管道工业的燃眉之急。

基于视觉的管道检测机器人通过机器人本身带载的视觉传感器装置，能够简洁方便的获取管道内部环境图像信息，并将这些信息传送至远程控制中心，通过对管道内部图像信息进行分析处理，判断出当前管道的使用情况以及危险系数，并及时对潜在的危险进行安全处理，以减少管道泄漏、爆炸、火灾等重大事故的发生。与管外检测技术相比，基于视觉的管内机器人检测能够对埋在地底、穿越水中等位于特殊位置的管道详细检测。因此，与管道其他检测方式相比，基于视觉的管道检测机器人技术在管道安全检测中具有独一无二的地位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于视觉技术的管道检测机器人系统及工作方法，它采用了压壁结构和螺旋驱动结构的机械本体设计，监控系统采用底层单片机和上位机的联合控制方式，克服了现有技术的不足，是一种结构简单，操作方便的机器人系统及方法。

本发明的技术方案：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。

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、机身和保持架构成；所述机身用于带载监控与检测系统，并起到连接螺旋头与保持架的作用；所述螺旋头在其圆周方向上分布安装三组驱动轮，每两组驱动轮之间的间隔为120°，且都由单个车轮构成；所述驱动轮的轴线与管道中心轴线成一个夹角α，使驱动轮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。

所述驱动轮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°，保证了管道检测机器人可以检测的管道内径，根据管道内径的大小可以自动调整该角度的大小。

所述保持架是用于管道检测机器人运动导向的从动机构；所述保持架在其圆周方向上分布安装有三组导向轮，每两组导向轮之间的间隔为120°；每组都由单个车轮构成，而且每个导向轮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。

所述螺旋头的驱动轮以及保持架的导向轮通过连接杆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；所述连接杆内部径向装有高强度弹簧，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。