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第年卷第月期机器人..
..
文章编号:
融合视觉和嗅觉的管道探测机器人的设计与实现
张志,单越康,项荣,于洋,张健
.中国计量学院机电工程学院,,上海
摘要:,对管道内的视频图像信号中的目
标信号进行识别和判断;利用气体传感器对管道内残留的有害气体进行识别和判断,并融合两部分的判断结果送入
控制系统,
行简易、快速、.
关键词:管道探测机器人;视频十字线:机器人嗅觉
中图分类号: 文献标识码:


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引言测机器人仅考虑获取管道内的图像信息,并未充分
考虑管道内残留的有害气体可能对现场操作人员造
管道探测机器人是深入管道内部对管道内的环
成的伤害,而没有在管道探测中加入有毒气体的探
,大量管道系统已广
,本文提出了一种融合视频分划
泛应用于冶金、石油、化工及城市水暖供应等工业领
技术和人工嗅觉技术的新型管道探测机器人,如图
,长期使用后容易
所示.
发生腐蚀、疲劳破坏等潜在缺陷并发展成破损而引
起泄漏等事故,因此必须定期地对管道进行检修和
,由于管道所处的环境往往是人力受限或
人所不及之处,
道的质检,常采用工程量巨大的开挖抽检方法,准确
率低、劳动强度大、,管道的管内探测是
一项十分重要的实用工程,关系到各种管道安全高
效的运营. 图管道探测机器人
为发现管道内的实际情况,目前大部分管道探. ·
收稿日期:——
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机器人年月
机械结构设计夹角,且在为。至。时满足:—.
经过实验发现,在。至。的范围内,的线性

. 结构参数与特点
行进速度,取值为。左右.
已研制的原理机型的主要技术参数为,长×宽
×高不包括摄像头和气体传感器: ×
×;重量:.;作业管径:~;移动速
度:~/;作业距离:.
. 总体结构设计
如图所示,机械部分主要由螺旋驱动机构、万
向节、直流减速电机和保持机构部分组成.
图驱动机构机械结构
.
感知系统
螺旋驱动机构万向节直流减速电机保持架保持轮
本机器人的感知系统由视觉系统和嗅觉系统组
成.
图机器人机械结构
.. 视频十字线的实现
.
为了实现机器人的视觉,选用具有较大视场范
螺旋驱动机构如图所示,其中阴影部分为围的、自带红外光源的***头;为了达到视
,轮杆以觉探测的能力,并能对摄像头输出的视频信号直接
螺纹旋入轮架中,轮轴置于此槽中,轮轴两端各连接进行处理,从而对探测目标进行实时、快速、准确的
一个轮子,轮杆内置有弹簧,这样可以使驱动轮沿轮识别和判断,我们采用视频分划技术’生成视频十
架径向有一定的伸缩量,以保证驱动轮跨越管壁上字线进行管道检测.
的障碍物,以及在转弯时平衡三驱动轮的不均等受视频十字线的生成与动态可调技术原理如图
力,同时驱动轮与管道轴向有一定的夹角,,进行同步分离,分离出行
通电时,电机轴带动轮架转动,
,随着电机的转动,驱动机构做螺旋运号到来的时候进行触发延时,而后获取每场中的某
动. 一行头,并对此行头进行触发延时,使这一行图像信
万向节万向节选用结构简单,传动效率高的号被脉宽为行正程时间的脉冲信号取代,即可形成

十字万向节连接,辅助机器人在弯管内移动. 行触发延时,使每行的某一点图像被点脉冲信号取
直流减速电机尤其注意电机和减速器的总长代,
不宜太长,不然机器人的过弯管能力将大大降低. 频生成竖线信号通过合成控制电路生成了十字线信
保持机构保持机构由保持架和保持轮组成. 号,再与原视频信号通过模拟叠加电路进行视频叠
保持架与电机紧密配合,保持轮沿管道中心轴线方加,即生成如图所示视频十字