專利名稱：管道檢測裝置的制作方法
管道檢測裝置
技術領域：
本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其涉及一種管道檢測裝置。背景技術：
隨著我國城市化進程加快，面對人口、資源和環(huán)境的巨大壓力，我國政府在逐年加大對城市基礎設施的投入，城鎮(zhèn)排水管網建設不斷加快。由于埋地塑料排水管道具有質量小、強度高、耐腐蝕、水流阻力小、施工安裝方便等特點，已被廣泛應用于城鎮(zhèn)排水工程中， 一些城市已開始用塑料排水管道替代傳統(tǒng)混凝土排水管道。尤其是住房和城鄉(xiāng)建設部以及一些省、市限制500mm以下的平企口混凝土排水管的使用，推薦使用塑料排水管的政策，進一步推動了埋地塑料排水管道的發(fā)展。但是，塑料埋地排水管屬于柔性管，在破壞前會有很大變形量，并且由于地勢不同、路面載荷的不同會導致埋地管道彎曲。根據《給水排水工程管道結構設計規(guī)范》(GB 50332-2002)規(guī)定，化學建材管道，在組合作用下的最大豎向變形不應超過0. 05D。。一旦塑料埋地排水管由于變形或彎曲過度導致最后破裂后果不堪設想，因此需要對管道進行檢測，及時并準確的獲得管道變形率和彎曲情況，這樣可以及時了解管道內的情況，為決策提供有力的數(shù)據支持。傳統(tǒng)對排污管道檢測，主要是由普通人員進入管道檢測或者潛水員進入管道檢測，由于管道的半徑、變形和內部狀況的限制，人員進入管道極不方便，檢測也不準確，使得工作效率較低、耗費大量的人力資源和資金。

發(fā)明內容有鑒于此，有必要提供一種方便對管道變形率進行檢測的管道檢測裝置。一種管道檢測裝置，包括行走機構、控制器以及感知設備；所述感知設備安裝于行走機構上，用于獲取管道內壁三維數(shù)據以及所述行走結構于管道內的姿態(tài)角，并交于控制器，所述控制器控制行走結構于管道內的行走，并接收管道內壁三維數(shù)據以及行走結構于管道中的姿態(tài)角并進行處理，獲取管道的變形率。優(yōu)選的，所述行走機構采用爬行器，爬行器為輪式爬行器或者履帶式爬行器。優(yōu)選的，所述行走機構包括基座、行進輪組、機械臂、云臺以及驅動模塊；所述行進輪組設置在基座底部，所述機械臂一端安裝在基座上部，所述云臺安裝在機械臂的另一端， 與基座平行設置，所述驅動模塊安裝在基座內部，接受控制器的控制，驅動行進輪組轉動以及調節(jié)機械臂的高度。優(yōu)選的，所述機械臂為平行四邊形機結構械臂。優(yōu)選的，所述感知設備包括激光測距儀以及慣性測量單元；所述激光測距儀安裝在所述云臺上，用于對管道內壁進行掃描，獲取對管道內壁的三維數(shù)據，所述慣性測量單元安裝于所述基座內部平整的平面上，用于實時獲取行走機構于管道內的姿態(tài)角。優(yōu)選的，所述感知設備還包括安裝在云臺前端的攝像頭和照明燈；所述攝像頭用
3于對管道內部進行全方位拍攝，并將拍攝畫面交于控制器，所述照明燈用于為攝像機提供照明。優(yōu)選的，所述控制器與所述行走機構和感知設備通過電纜連接。優(yōu)選的，所述控制器包括微處理器；所述微處理器根據獲取的行走機構在管道內的姿態(tài)角，對激光測距儀所采集的管道內壁三維數(shù)據進行坐標系轉換，獲取絕對坐標系下的管道內部三維數(shù)據；所述微處理器將絕對坐標系下的管道內壁三維數(shù)據投影到行走機構所處的與管道軸線垂直的管道截面上，得到與管道軸線垂直的管道截面上的三維數(shù)據；所述微處理器根據管道截面上的三維數(shù)據，采用直接最小二乘法進行對管道截面上的三維數(shù)據進行曲線擬合，獲取擬合后曲線；所述微處理器根據曲線獲取管道內壁的長半徑和短半徑，根據管道內壁的長半徑和短半徑計算管道內壁的變形率。優(yōu)選的，所述微處理器還根據曲線獲取管道中心坐標，根據管道中心坐標得出管道的彎曲狀況。優(yōu)選的，所述控制器還包括用于顯示的顯示器和對行走機構進行操控的控制鍵
ο上述管道檢測裝置，利用行走機構進入管道在管道中行走，行走機構能夠進入任何管道內，感知設備根據管道內壁的三維數(shù)據和行走機構的姿態(tài)角，控制器進行處理，準確獲取管道的變形率，從而方便、準確的對管道的變形率進行檢測，無須人員進入管道，使得工作效率大大提高、節(jié)約大量的人力資源和資金。

圖1是一個實施例中管道檢測裝置的結構示意圖。
具體實施方式下面結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
進行詳細描述。圖1是一個實施例中管道檢測裝置的結構示意圖。該管道檢測裝置用于檢測管道的變形率，包括行走結構100、控制器200以及感知設備300。感知設備300安裝于行走機構100上，用于獲取管道內壁三維數(shù)據以及行走結構100于管道內的姿態(tài)角，并交于控制器 200?？刂破?00控制行走結構100于管道內的行走，并接收管道內壁三維數(shù)據以及行走結構于管道中的姿態(tài)角并進行處理，獲取管道的變形率。行走機構100采用爬行器，爬行器為輪式爬行器或者履帶式爬行器。爬行器能夠在管道中方便自由行走，不受管道直徑等限制。該實施例中，行走機構100包括基座110、行進輪組120、機械臂130、云臺140以及驅動模塊(圖未示)。行進輪組120設置在基座110 底部，可以根據所檢測管道的直徑大小而更換。機械臂130 —端安裝在基座110上部。云臺140安裝在機械臂130的另一端，與基座110平行設置。驅動模塊安裝在基座110內部， 接受控制器200的控制，驅動行進輪組120轉動以及調節(jié)機械臂130的高度。在優(yōu)選的實施方式中，機械臂130為平行四邊形結構機械臂，使得云臺140始終與基座110保持平行。感知設置300包括激光測距儀310以及慣性測量單元320。激光測距儀310安裝在云臺140上，用于對管道內壁進行掃描，獲取對管道內壁的三維數(shù)據。慣性測量單元320 安裝于基座110內部平整的平面上，用于實時獲取行走機構100于管道內的姿態(tài)角。該管道檢測裝置采用了非接觸的光學測量方法，通過激光測距儀來掃描管道內壁從而得到管道內壁三維數(shù)據，完全不受外界的任何信號的影響，三維數(shù)據采集精度高，抗干擾能力強，且結構簡單。該實施例中，慣性測量單元320包括陀螺儀以及加速度傳感器。進一步的，感知設備300還包括安裝在云臺140前端的攝像頭330和照明燈340。 攝像頭330用于對管道內部進行全方位拍攝，并將拍攝畫面交于控制器200，對管道內部進行監(jiān)視。照明燈340用于為攝像機330提供照明，使攝像機330能夠清晰的對管道內部進行拍攝?？刂破?00與行走機構100和感知設備300通過電纜連接，通過有線方式進行通訊，保證信號的穩(wěn)定性。控制器200包括微處理器210、用于各種顯示的顯示器220以及用于操控行走機構100的控制鍵盤230。微處理器210接收管道內壁三維數(shù)據以及行走結構于管道中的姿態(tài)角并進行處理，獲取管道的變形率。由于激光測距儀310所獲取的管道內壁的三維數(shù)據是相對于激光測距儀310本身坐標系下的三維數(shù)據，要獲取管道內壁的變形率必須將激光測距儀獲取的管道內壁三維數(shù)據轉換到絕對坐標系下，從而獲取絕對坐標系下的管道內部三維數(shù)據。同時，由于行走機構 100在管道內行走時，相對絕對坐標系有所轉動，故要考慮行走機構100的姿態(tài)角。該實施例中，微處理器210根據獲取的行走機構在管道內的姿態(tài)角，對激光測距儀310所采集的管道內壁三維數(shù)據進行坐標系轉換，獲取絕對坐標系下的管道內部三維數(shù)據。微處理器210將絕對坐標系下的管道內壁三維數(shù)據投影到行走機構100所處的與管道軸線垂直的管道截面上，得到與管道軸線垂直的管道截面上的三維數(shù)據。微處理器210根據與管道軸線垂直的管道截面上的三維數(shù)據，采用直接最小二乘法進行對管道截面上的三維數(shù)據進行曲線擬合，獲取擬合后曲線。其中，最小二乘法曲線擬合后曲線表示為/(X0,y0,a,b) = ±[fc^I + ^Zof -η
!=i ab其中，Xi，yi分別是與管道軸線垂直的管道截面上的三維數(shù)據，x。，y。為管道中心所在的坐標值，a, b分別為當管道截面的長半徑和短半徑，當截面為標準的圓時a = b。擬合后曲線中包含有管道中心坐標以及管道內壁的長半徑和短半徑。管道在發(fā)生變形時，管道的長半徑和短半徑會由相同變?yōu)椴煌?，根據管道的長半徑和短半徑可以得到管道的變形率。微處理器210根據曲線獲取管道內壁的長半徑和短半徑，根據管道內壁的長半徑和短半徑計算管道內壁的變形率。進一步的，微處理器210還根據管道中心坐標的位置，得出管道的彎曲程度及管道的坡度和管道走向等彎曲狀況。微處理器210還根據管道的變形率及彎曲狀況，對管道進行繪制。在優(yōu)選的實施方式中，將管道入口處管道截面的中心作為絕對坐標系的原點。顯示器220用于對攝像頭拍攝畫面進行顯示，供操作者了解管道內部情形，及時調整行走機構在管道中的行走姿態(tài)，避免行走機構在管道中發(fā)生傾覆。顯示器220還對行走機構的姿態(tài)角、管道的變形率、管道彎曲程度、繪制的管道等進行顯示?？刂奇I盤230用于控制行走機構100行走以及調整機械臂130的高度。該管道檢測裝置，行走機構100進入管道在管道中行走，激光測距儀310和慣性測
5量單元320分別獲取管道內壁的三維數(shù)據和行走機構的姿態(tài)角，微處理器210對管道內壁的三維數(shù)據和行走機構的姿態(tài)角進行坐標系轉換、垂直投影以及曲線擬合處理后，得到管道內壁的長半徑和短半徑，繼而計算處管道的變形率。無須人員進入管道，行走機構能夠進入任何管道內，變形率根據準確參數(shù)來計算，從而方便、準確的對管道的變形率進行檢測。上述管道檢測裝置，利用行走機構進入管道在管道中行走，行走機構能夠進入任何管道內，感知設備根據管道內壁的三維數(shù)據和行走機構的姿態(tài)角，控制器進行處理，準確獲取管道的變形率，從而方便、準確的對管道的變形率進行檢測，無須人員進入管道，使得工作效率大大提高、節(jié)約大量的人力資源和資金。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種管道檢測裝置，其特征在于，包括行走機構、控制器以及感知設備；所述感知設備安裝于行走機構上，用于獲取管道內壁三維數(shù)據以及所述行走機構于管道內的姿態(tài)角，并交于控制器，所述控制器控制行走機構于管道內的行走，并接收管道內壁三維數(shù)據以及行走機構于管道中的姿態(tài)角并進行處理，獲取管道的變形率。
2.根據權利要求1所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述行走機構采用爬行器，爬行器為輪式爬行器或者履帶式爬行器。
3.根據權利要求2所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述行走機構包括基座、行進輪組、機械臂、云臺以及驅動模塊；所述行進輪組設置在基座底部，機械臂一端安裝在基座上部，所述云臺安裝在機械臂的另一端，與基座平行設置，所述驅動模塊安裝在基座內部，接受控制器的控制，驅動行進輪組轉動以及調節(jié)機械臂的高度。
4.根據權利要求3所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述機械臂為平行四邊形結構機械臂。
5.根據權利要求3所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述感知設備包括激光測距儀以及慣性測量單元；所述激光測距儀安裝在所述云臺上，用于對管道內壁進行掃描，獲取對管道內壁的三維數(shù)據，所述慣性測量單元安裝于所述基座內部平整的平面上，用于實時獲取行走機構于管道內的姿態(tài)角。
6.根據權利要求5所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述感知設備還包括安裝在云臺前端的攝像頭和照明燈；所述攝像頭用于對管道內部進行全方位拍攝，并將拍攝畫面交于控制器，所述照明燈用于為攝像機提供照明。
7.根據權利要求1所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述控制器與所述行走機構和感知設備通過電纜連接。
8.根據權利要求1至7任一所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述控制器包括微處理器；所述微處理器根據獲取的行走機構在管道內的姿態(tài)角，對激光測距儀所采集的管道內壁三維數(shù)據進行坐標系轉換，獲取絕對坐標系下的管道內部三維數(shù)據；所述微處理器將絕對坐標系下的管道內壁三維數(shù)據投影到行走機構所處的與管道軸線垂直的管道截面上，得到與管道軸線垂直的管道截面上的三維數(shù)據；所述微處理器根據管道截面上的三維數(shù)據， 采用直接最小二乘法進行對管道截面上的三維數(shù)據進行曲線擬合，獲取擬合后曲線；所述微處理器根據曲線獲取管道內壁的長半徑和短半徑，根據管道內壁的長半徑和短半徑計算管道內壁的變形率。
9.根據權利要求8所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述微處理器還根據曲線獲取管道中心坐標，根據管道中心坐標得出管道的彎曲狀況。
10.根據權利要求8所述的管道檢測裝置，其特征在于，所述控制器還包括用于顯示的顯示器和對行走機構進行操控的控制鍵盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種管道檢測裝置，包括行走機構、控制器以及感知設備；所述感知設備安裝于行走機構上，用于獲取管道內壁三維數(shù)據以及所述行走機構于管道內的姿態(tài)角，并交于控制器，所述控制器控制行走機構于管道內的行走，并接收管道內壁三維數(shù)據以及行走機構于管道中的姿態(tài)角并進行處理，獲取管道的變形率。本發(fā)明利用行走機構進入管道在管道中行走，行走機構能夠進入任何管道內，感知設備根據管道內壁的三維數(shù)據和行走機構的姿態(tài)角，控制器進行處理，準確獲取管道的變形率，從而方便、準確的對管道的變形率進行檢測，無須人員進入管道，使得工作效率大大提高、節(jié)約大量的人力資源和資金。
文檔編號G01B11/16GK102506737SQ20111033762
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者宋章軍, 張建偉, 胡穎, 謝曉楠, 邱建剛, 鄭之增 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院