[发明专利]基于环形结构光视觉的可变内径管道内壁缺陷检测机器人

说明书

基于环形结构光视觉的可变内径管道内壁缺陷检测机器人，包括探测头、中控室、驱动装置、从动装置以及定位装置，其中由电机、传动机构、安装板，以及设置在安装板上的驱动臂和变径机构组成的驱动装置位于探测头与中控室之间，从动装置位于中控室的另一侧，从动装置的尾部固联机器人定位装置。本发明的检测模式有二维纹理图像拍摄模式和三维点云扫描模式；二维纹理图像拍摄模式中探测头拍摄管道内纹理图像并在管道轴向上初步定位损伤位置；三维点云扫描模式中探测头扫描得到管道内部三维点云数据；当两种模式结合工作时可以对管道内的损伤情况进行评估和定位，并且针对损伤部位精细扫描，这对管道的使用、维护和寿命评估有重要意义。

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，特别涉及一种基于环形结构光视觉的可变内径管道内壁缺陷检测机器人。

背景技术

管道运输是用管道作为运输工具的一种长距离输送液体和气体物资的运输方式，具有运输量大、连续、迅速、经济、安全、可靠以及占地少的优点，被广泛的应用于石油、天然气、生活用水等生产生活物资的输送；随着使用年限增加，管道会因化学腐蚀、机械破坏、管道老化等产生腐蚀、变形、裂纹等损坏，如果检测不及时，会产生严重后果。部分管道因其口径较小，并且安装环境恶劣（地下、高空架设等），检测较为困难。在军工领域，火炮的身管内膛在使用过程中，承受着弹丸的磨损、冲击作用以及高温、高压、高速火药气体的反复烧蚀、冲蚀作用，导致内膛直径逐渐增大，使得火炮的弹道性能受到影响，准确测量火炮身管内部特征对于预测火炮弹道性能的改变量和火炮寿命有着重要的意义。由此可见，管道检测在当今的生活、工业生产以及军工等领域都有着广泛的应用前景。

针对小尺寸管道检测如炮管内膛损伤检测时，接触式检测仪器被广泛使用，如机械星型测径仪：该仪器主要由带有刻度的直管、基本游标尺、定心支撑环、微调螺等组成，测量时将测径杆调整到炮膛直径的公称尺寸，游标尺归零，将仪器从炮口部装入炮膛内，移动带拉杆的手柄，拉杆及锥体使测量头上的量爪向外抵住内膛壁，通过游标尺读取测量值。该仪器使用简单可靠，但需人工操作效率不高，且测量头需与炮管内膛进行接触式测量，会对炮管带来二次损伤。陈宗尧等人在文章“关节履带式管道检测机器人越障性能优化”中设计了一种小体积紧凑型的关节履带式机器人，该管道机器人本体采用关节履带式结构，内部驱动装置选用直流伺服电机，可对机器人的运动速度、方向以及摆臂姿态角等进行精确控制。此机器人可携带摄像装置对管道内部进行摄影测量，具有良好的越障能力，但履带式基本结构使其大小固定，无法适应不同管径管道的检测，针对不同大小的管道需定制大小匹配的机器人，费时费力造成额外的开销。

因此，亟需设计一款可变内径的管道检测机器人以适应各种尺寸管道内壁，实现管道内壁的全自动化、高精度检测。

发明内容

本发明针对当前管道检测的存在的问题，提出一种基于环形结构光视觉的可变内径管道内壁缺陷检测机器人。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于环形结构光视觉的可变内径管道内壁缺陷检测机器人，其特征在于，包括探测头、中控室、驱动装置、从动装置以及定位装置，其中由驱动电机、传动机构、安装板，以及设置在安装板上的驱动臂和变径机构组成的驱动装置位于探测头与中控室之间，从动装置位于中控室的另一侧，从动装置的尾部固联机器人定位装置。

优选为：所述的探测头包括环形激光投射器，投射出的环形激光打在管道内壁上；三个及以上相机沿探测头周向均匀分布，保证相机视野覆盖管道内部环形结构光所在位置周向360°的范围，每个相机拍摄其视野范围内的激光光条并对其提取后进行拼接，实现对管道的扫描；每个相机旁设置有补光灯。

优选为：所述的驱动装置包括与爬行机构同轴的驱动电机，驱动电机转子带动伞齿轮转动，输出的力矩分别通过三根蜗轮蜗杆传递到三条驱动臂底部的宽齿轮，宽齿轮带动两边同轴的直齿轮转动，再通过链条带动驱动臂底部的驱动轮转动，从而带动检测机器人在管道中前进。驱动臂的张开角度通过变径机构调节，以适应不同管径。