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专利名称：一种多功能管道内窥摄像系统及方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111058089.3

专利申请（专利权）人：国网安徽省电力有限公司黄山供电公司
权利人地址：安徽省黄山市屯溪黄山东路55号

专利发明（设计）人：张博,吴晨飞,佘然,罗志丰,李宏山,叶云,汪然,凌建国,程徽,黄锦

专利摘要：本发明提供了一种多功能管道内窥摄像系统，包括管道行走平台、内窥单元、无线发生器、智能控制终端、顶撑机构；所述内窥单元、无线发生器固定在管道行走平台上，所述内窥单元和无线发生器分别与控制终端通信连接；所述顶撑机构包括伸缩支架、第一电机、第二电机；所述伸缩架的底部转动固定在平台顶部，顶部与管道内壁接触；所述第一电机、第二电机分别与控制终端通信连接；所述第一电机固定在平台上驱动伸缩架转动；所述第二电机驱动伸缩支架伸缩。本发明通过顶撑结构使管道行走平台牢牢与管道下方接触，重心压低，可有效防止管内积水造成的打滑现象的产生，从而轻松实现前进后退动作。

主权利要求：
1.一种多功能管道内窥摄像系统，其特征在于，包括管道行走平台、内窥单元、无线发生器、智能控制终端、顶撑机构；所述内窥单元、无线发生器固定在管道行走平台上，所述内窥单元和无线发生器分别与智能控制终端通信连接；所述顶撑机构包括伸缩支架（1）、第一电机（3）、第二电机（4）；所述伸缩支架（1）的底部转动连接在管道行走平台顶部，顶部与管道内壁接触；所述第一电机（3）、第二电机（4）分别与智能控制终端通信连接；所述第一电机（3）固定在平台上驱动伸缩支架（1）转动；所述第二电机（4）驱动伸缩支架（1）伸缩；
伸缩支架（1）包括第一支撑架（11）、第二支撑架（12）；所述第二支撑架（12）设置有容纳第一支撑架（11）的限位腔（121），所述限位腔（121）具有内螺纹，第一支撑架（11）具有外螺纹，所述第二电机（4）固定在限位腔（121）底部，输出端朝上与第一支撑架（11）底部固定连接；
所述第一支撑架（11）为Y型，在Y型顶部设置有滚轮（111）；
所述管道行走平台的顶部设置有凹槽（2），所述第二支撑架（12）的底部转动连接在凹槽（2）的一端；所述凹槽（2）长度略大于伸缩支架（1）收缩后的长度；
所述内窥单元包括红外热成像模块、外壳、微型电动机、普通摄像头模块；所述红外热成像模块、微型电动机、普通摄像头模块位于所述外壳内，所述微型电动机与所述红外热成像模块和所述普通摄像头模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种多功能管道内窥摄像系统，其特征在于，所述红外热成像模块和普通摄像头模块有统一的硬件接口。
3.根据权利要求1所述的一种多功能管道内窥摄像系统，其特征在于，所述管道行走平台包括行走模块、电源模块、通信模块、硬件接口模块；所述行走模块与所述电源模块通信连接；所述电源模块与所述硬件接口模块通信连接；所述通信模块与智能控制终端连接。
4.根据权利要求2所述的一种多功能管道内窥摄像系统，其特征在于，还包括转动电机，所述转动电机与管道行走平台固定连接；所述转动电机与内窥单元连接。
5.一种采用权利要求1?4任一项所述的多功能管道内窥摄像系统的摄像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、将管道行走平台、内窥单元、无线发生器、智能控制终端、顶撑机构从包装中取出，并依次进行连接；
步骤S2、将智能控制终端放在地面上固定，将管道行走平台、内窥单元、无线发生器和顶撑机构放置在管道进口，并将顶撑机构根据管道口径调整到合适的高度；
步骤S3、将智能控制终端开机，将内窥单元、无线发生器初始化，等待初始化完成，智能控制终端与管道行走平台建立通信连接；
步骤S4、开始进行探测、控制智能控制终端上的仪表控制模块，仪表控制模块控制管道行走平台移动和内窥单元在管道内进行转动；
步骤S5、管道行走平台移动到管道尽头时，控制智能控制终端上的仪表控制模块，使管道行走平台返回；
步骤S6、检测结束后，用U盘拷贝管道行走平台上的数据，拷贝完成后，将智能控制终端、管道行走平台、内窥单元、无线发生器、顶撑机构依次拆卸，在对智能控制终端和管道行走平台充电，充电完成后，放回包装里。
6.根据权利要求5所述的一种多功能管道内窥摄像方法，其特征在于，多功能管道内窥摄像系统还包括管道行走平台、伸缩支架（1）、第一支撑架（11）、滚轮（111）、第二支撑架（22）、限位腔（221）、凹槽（2）、第一电机（3）、第二电机（4），其具体安装步骤如下：步骤S1：将2个伸缩支架（1）安装在管道行走平台上的凹槽（2）的两端，接着在管道行走平台上安装第一电机（3），再把第二电机（4）安装在第二支撑架（22）上的限位腔（221）的底部，将第一支撑架（11）的底部伸入限位腔（221）内并与第二电机（4）的输出轴固定，最后在第一支撑架（11）的顶部安装有多个滚轮（111），等到各个部件依次安装完毕，准备开始工作。 说明书 : 一种多功能管道内窥摄像系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及管道施工技术领域，具体涉及到一种多功能管道内窥摄像系统及方法。背景技术[0002] 随着城市不断的快速发展，建筑物及各类公共设施的密集度不断扩大，传统的架空线路存在许多与城市发展不协调的地方，不仅会对配网的供电可靠性产生影响，同时会影响城市美观，因此城市架空线路现在改为在地下进行电缆铺设已经成为一种必然趋势。然而在电缆排管敷设和后续维护过程中，一些问题也逐渐暴露出来了，其中最难解决的是一些管道内存在积水，从而造成检查管道的设备容易打滑而无法检查管道内电缆隐患的问题。[0003] 如申请号为201810237642.1公开了一种管道内窥涡流检测装置，包括爬行器，所述爬行器包括一开口壳体和位于壳体内的探测端和尾端，所述探测端设有内窥探头和涡流检测探头，所述爬行器设有多个行走轮，所述探测端与尾端之间设有升降架，所述升降架设置于爬行器内部，所述探测端通过升降架升起或下降。该检测装置虽然可以通过调节升降架的尺寸，通过提前调节探测端的位置即可适应于各种管径的探测，也可以通过探测段绕升降架的第一连接杆一端任意角度旋转，杜绝了探测死角。但当遇到存在积水的管道时，该检测装置由于与管道内壁未能充分接触，易发生打滑现象，从而对后续管道的检测产生影响。发明内容[0004] 本发明所要解决的技术问题在于如何防止检测装置在有积水的管道内打滑。[0005] 本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：[0006] 一种多功能管道内窥摄像系统，包括管道行走平台、内窥单元、无线发生器、智能控制终端、顶撑机构；所述内窥单元、无线发生器固定在管道行走平台上，所述内窥单元和无线发生器分别与控制终端通信连接；所述顶撑机构包括伸缩支架、第一电机、第二电机；所述伸缩架的底部转动固定在平台顶部，顶部与管道内壁接触；所述第一电机、第二电机分别与控制终端通信连接；所述第一电机固定在平台上驱动伸缩架转动；所述第二电机驱动伸缩架伸缩。[0007] 通过顶撑结构使管道行走平台牢牢与管道下方接触，重心压低，可有效防止管内积水造成的打滑现象的产生，从而轻松实现前进后退动作。[0008] 优选的，所述伸缩架包括第一支撑架、第二支撑架；所述第二支撑架设置有容纳第一支撑架的限位腔，所述限位腔具有内螺纹，第一支撑架具有外螺纹，所述第二电机固定在限位腔底部，输出端朝上与第一支撑架底部固定连接。[0009] 优选的，所述第一支撑架为Y型，在Y型顶部设置有滚轮。[0010] 优选的，所述管道行走平台的顶部设置有凹槽，所述第二支撑架的底部转动固定在凹槽的一端；所述凹槽长度略大于伸缩架收缩后的长度。[0011] 优选的，所述内窥单元包括红外热成像模块、外壳、微型电动机、普通摄像头模块；所述红外热成像模块、微型电动机、普通摄像头模块位于所述外壳内，所述微型电动机与所述红外热成像模块和所述普通摄像头模块连接。[0012] 优选的，所述红外热成像模块和普通摄像头模块有统一的硬件接口。[0013] 优选的，所述管道行走平台包括行走模块、电源模块、通信模块、硬件接口模块；所述行走模块与所述电源模块通信连接；所述电源模块与所述通信模块通信连接；所述通信模块与智能控制终端连接。[0014] 优选的，还包括转动电机，所述转动电机与管道行走平台固定连接；所述转动电机与内窥单元连接。[0015] 一种采用上述多功能管道内窥摄像系统的摄像方法，，包括如下步骤：[0016] 步骤S1、将管道行走平台、内窥单元、无线发生器、智能控制终端、顶撑机构从包装中取出，并依次进行连接；[0017] 步骤S2、将智能控制终端放在地面上固定，将管道行走平台、内窥单元、无线发生器和顶撑机构放置在管道进口，并将顶撑机构根据管道口径调整到合适的高度；[0018] 步骤S3、将智能控制终端开机，将内窥单元、无线发生器初始化，等待初始化完成，智能控制终端与管道行走平台建立通信连接；[0019] 步骤S4、开始进行探测、控制智能控制终端上的仪表控制模块，仪表控制模块控制管道行走平台移动和内窥单元在管道内进行转动；[0020] 步骤S5、管道行走平台移动到管道尽头时，控制智能控制终端上的仪表控制模块，使管道行走平台返回；[0021] 步骤S6、检测结束后，用U盘拷贝管道行走平台上的数据，拷贝完成后，将智能控制终端、管道行走平台、内窥单元、无线发生器、顶撑机构依次拆卸，在对智能控制终端和管道行走平台充电，充电完成后，放回包装里。[0022] 优选的，多功能管道内窥摄像系统还包括管道行走平台、伸缩支架、第一支撑架、滚轮、第二支撑架、限位腔、凹槽、第一电机、第二电机，其具体安装步骤如下：[0023] 步骤S1：将2个伸缩支架安装在管道行走平台上的凹槽的两端，接着在管道行走平台上安装第一电机，再把第二电机安装在第二支撑架上的限位腔的底部，将第一支撑架的底部伸入限位腔内并与第二电机的输出轴固定，最后在第一支撑架的顶部安装有多个滚轮，等到各个部件依次安装完毕，准备开始工作。[0024] 本发明的优点在于：[0025] (1)本发明通过顶撑结构使管道行走平台牢牢与管道下方接触，重心压低，可有效防止管内积水造成的打滑现象的产生，从而轻松实现前进后退动作。[0026] (2)本发明采用无线方式进行数据传输，减少了设备体积和辅材，增加了便携性，同时有效的避免了距离的限制。附图说明[0027] 图1为本发明实施例一中的系统组成结构示意图；[0028] 图2为本发明实施例一中的多功能内窥探头组成结构示意图；[0029] 图3为本发明实施例一中的管道行走平台组成结构示意图；[0030] 图4为本发明实施例一中的管道行走平台与Y型顶撑支架的主视图；[0031] 图5为本发明实施例一中的管道行走平台上的凹槽示意图；[0032] 图6为本发明实施例一中的Y型顶撑支架的结构示意图；[0033] 图7为本发明实施例二中的一种多功能管道内窥摄像方法的工作流程示意图。[0034] 附图标记：1、伸缩支架；11、第一支撑架；111、滚轮；12、第二支撑架；2、凹槽；3、第一电机；4、第二电机。具体实施方式[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0036] 实施例一[0037] 参考图1至图6，本发明实施例提供了一种多功能管道内窥摄像系统，包括无线发生器、内窥单元、管道行走平台、伸缩支架1、第一电机3、第二电机4、智能控制终端。[0038] 参考图1，无线发生器内部为功率阶梯式设计，可以实现wifi覆盖范围自动调节，从而节省功耗，增加装置的续航能力。[0039] 参考图2，内窥单元的外壳由不锈钢和蓝宝石玻璃组成，蓝宝石保护玻璃为多功能内窥探头的可视窗口区域，不锈钢为探头其余壳体，多功能内窥探头尺寸为50mm，适用于直径大于50mm管道的内窥工作，选用蓝宝石保护玻璃防止管道内复杂环境造成装置损坏，其内部搭载有两种图像采集模块，分别为普通摄像头模块和红外摄像头模块，普通摄像头模块为可见光图像采集，采用1/4吋、高清CMOS、700TVL镜头，考虑为黑暗的使用环境，故在普通摄像头模块上加装八颗高亮度LED灯珠，可通过PWM调制原理控制亮度，从而保证管道内图像清晰可见。红外热成像模块采用长波红外微型热成像模组，波长范围在8～14μm，采用12μmWLP封装氧化钒非制冷红外探测器核心，有256×192和160×120两种分辨率可。罡呖纱25Hz高帧频，其原理是将物体自身的热辐射转化为图像和温度数据；在本装置中通过对管道内红外热成像可以了解管道及管道内电缆等物体是否存在自燃、损坏等潜在风险，从而为后续电缆疏通方式制定提供参考依据。[0040] 两种图像采集模块在结构上通过微型电动机切换使用，默认情况下，微型电动机是将普通摄像头模块转动至探头的可视窗口区域，当接收到模式切换指令时，微型电动机会自发稳定转动，类似于钟摆，将设置模式所需要的模块转动至探头可视化窗口区域，使其进行工作。在电气上通过切换供电实现按需使用，采用统一硬件接口传输图像数据，即他们共用硬件接口，都为12线航空接口，在使用时通过分别给模块供电实现模块单独稳定工作。[0041] 参考图1、图3，无线发生器和内窥单元固定连接在管道行走平台上，管道行走平台上包括通信模块、行走模块、电源模块、硬件接口模块和转动电机，行走模块与所述电源模块通信连接；电源模块与所述通信模块通信连接；硬件接口模块与行走模块连接。管道行走平台作为多功能内窥探头和智能控制终端的数据中转枢纽，还承担多功能内窥探头的移动探测功能，这样可以使得多功能内窥探头可以探测超过100米管道区域。[0042] 具体的，通信模块为WiFi接收器，管道行走平台通过通信模块可以接收智能终端发射的WiFi信号，从而与智能控制终端通信连接，这样可以把多功能内窥探头监测的视频画面可以回传给智能控制终端上，通信模块也可接收智能控制终端下发的控制指令，保证管道检测工作正常进行。[0043] 行走模块为可调节行走模块，在行走模块底部前后左右设计滑轮，滑轮采用硅胶材质并刻有花纹，为了增加与所要探测管道壁的摩擦力，防止在管道内有水引起的打滑情况发生，行走模块顶部前后设计有顶撑机构，可以根据管道口径进行高度调节，通过顶撑机构使管道行走平台牢牢与管道下方接触，中心压低，从而轻松实现前进后退。[0044] 电源模块内部包括可充电锂电池，容量为9Ah，通过低功耗设计可使得多功能内窥探头工作时长长达8小时，满足日常工作所需。[0045] 硬件接口模块为12线航空接口，与多功能内窥探头的统一硬件接口连接，用于数据和电气的传输，同时为多功能内窥探头在管道行走平台上起到固定作用，防止多功能内窥探头在移动探测过程中从管道行走平台上掉落。[0046] 转动电机与管道行走平台固定连接；转动电机的输出轴与内窥单元连接。[0047] 硬件接口模块随着转动电机同轴转动，用于硬件接口模块对多功能内窥探头起到固定作用，多功能内窥探头也随着转动电机同轴转动，这样多功能内窥探头可以实现360度无死角探测。[0048] 参考图4、图5、图6，管道行走平台顶部的伸缩支架1有2个，分布在管道行走平台的两端，伸缩支架1包括第一支撑架11、第二支撑架12，第一支撑架11成Y型，保证了管道行走平台在管道内行走的稳定性，第一支撑架11的上端设置有多个滚轮111，方便管道行走平台在管道内前进或者后退，第一支撑架11的底部与第二支撑架12螺接，第一支撑架11的底部上设置有外螺纹，第二支撑架12上的限位腔121设置有与第一支撑架11的底部外螺纹相匹配的内螺纹，方便根据管道的管径来调节第一支撑架11与第二支撑架12的之间的距离，从而调整整个伸缩支架1的高度。[0049] 参考图4、图5，管道行走平台顶部设置了凹槽2，凹槽2为长方形，凹槽2两端分别与两个第二支撑架12转动连接，凹槽2的长度等于伸缩支架1的最短长度，可以理解的是，当处于回收状态时，必须是第一支撑架11的底部完全位于第二支撑架12内，也就是此时支架1的长度最短，此时伸缩支架1刚好能放入到凹槽2内。[0050] 电机的个数为2个，分别为第一电机3、第二电机4，第二电机4的输出轴与第一支撑架11的底部连接，第一电机3的输出轴与第二支撑架12的底部连接。当第二电机4与智能控制终端通信连接，智能控制终端可以根据不同管径控制第二电机启动，由于第一支撑架11的底部与第二电机的输出轴连接，且和第二支撑架12螺接，使得第一支撑架11的底部可以在第二支撑架12内转动，当到达指定的位置后，智能控制终端控制第二电机4关闭，以此来达到调整支架1高度的目的。当第一电机3与智能控制终端通信连接时，智能控制终端控制第一电机4可以使第二支撑架12处于竖立状态或者平放状态，从而实现整个伸缩支架1的收放。(在此需要说明的是，图中只展示出第二电机4的输出轴，第一电机3的输出轴并未画出，仅仅是为方便人们理解第二电机4的输出轴为可伸缩的电机，方便调节伸缩支架1的高度，第一电机4为普通电机，此外，当处于不同的状态时，存在一定的先后启动顺序，当伸缩支架1从凹槽内准备竖立时，首先智能控制终端控制带动第二支撑架12转动的第一电机，接着再控制带动第一支撑架11的底部转动的第二电机，反之当伸缩支架1需要收回到凹槽内，则需要先控制第二电机完成第一支撑架11的底部回收到第二支撑架12内，在控制第一电机带动第二支撑架12转动到凹槽内)。[0051] 参考图1、图3，本实施例中多功能内窥摄像系统还包括智能控制终端，智能控制终端可以实现与前端多功能内窥探头实时数据交互，同时将采集到的数据进行存储和展示，此外还能通过下发控制指令，让前端管道行走平台以稳定速度前进和后退，最终完成管道探测任务。[0052] 智能控制终端包括显示模块、存储模块、电源模块、仪表控制模块，显示模块与存储模块通信连接，仪表控制模块与电源模块、显示模块、存储模块通信连接。[0053] 具体的，显示模块为八寸LED液晶显示屏，分辨率高度1080P，可将多功能内窥探头上传的视频画面实时显示，供现场作业人员查看。存储模块由存储硬盘和USB外设组成，存储硬盘采用大容量HDD机械硬盘，可存储高达256G内存大小的数据，USB外设可实现将管道探测采集到的画面搬运到U盘或者电脑上，从而为工作记录留档。电源模块采用可充电锂电池供电，设计续航时间大于8小时。仪表控制模块为智能控制终端外壳表面控制按钮总称，包括管道行走平台行走控制按钮、多功能内窥探头模式切换按钮、无线发生器功能切换按钮、以及智能控制终端自身控制按钮，通过仪表控制模块现场作业人员才能轻松操作整个系统，使其正常有序工作。[0054] 本发明实施例的工作原理：[0055] 本发明装置分别为以管道行走平台为载体的前端采集系统，(包括管道行走平台、无线发生器、内窥单元、顶撑机构)和地面端接收系统(智能控制终端)；在进行使用时，使用者先将两部分系统进行组装和检查，并设置初始参数如检修管道直径、检修模式(选择普通还是红外探头)、检修管道长度(选择合适的wifi功率)等；然后开机等待初始化完成，完成后将以管道行走平台为载体的前端采集系统放置在待检修管道口，人员在地面上操作智能控制终端点击开始工作；前端采集系统接收到“启动”指令，先按照设置的管径通过智能控制终端控制第一电机3、第二电机4，调整伸缩支架1的高度，使其可以在管道正常行走；随后操作人员通过智能控制终端控制前端设备行走进行管道检测，前端设备采集的视频画面会通过wifi网络回传到智能控制终端显示，智能控制终端显示可选择实时显示或同时进行显示存储，多功能探头支持360度旋转可通过智能控制终端调节；在检测过程中，操作人员可通过设置切换镜头，前端设备会根据接收到的指令驱动多功能探头内部电机进行感光镜头切换；检测到尽头后即控制前端设备返回，到达初始管道口，前端采集系统会根据接收的指令自动回收顶撑机构，并进行自检，自检完成后关机，如发现问题则上报智能控制终端从而提醒人员处理。在检修结束后，可通过U盘或连智能控制终端wifi网络进行数据转存操作。[0056] 实施例二[0057] 参考图7，本发明实施例还提供了一种多功能管道内窥摄像方法，包括如下步骤：[0058] 步骤S1、将管道行走平台、内窥单元、无线发生器、智能控制终端、顶撑机构从包装中取出，并依次进行连接；[0059] 步骤S2、将智能控制终端放在地面上固定，将管道行走平台、内窥单元、无线发生器和顶撑机构放置在管道进口，并将顶撑机构根据管道口径调整到合适的高度；[0060] 步骤S3、将智能控制终端开机，将内窥单元、无线发生器初始化，等待初始化完成，智能控制终端与管道行走平台建立通信连接；[0061] 步骤S4、开始进行探测、控制智能控制终端上的仪表控制模块，使管道行走平台移动和内窥单元在管道内进行转动；[0062] 步骤S5、管道行走平台移动到管道尽头时，控制智能控制终端上的仪表控制模块，使管道行走平台返回；[0063] 步骤S6、检测结束后，用U盘拷贝管道行走平台上的数据，拷贝完成后，将智能控制终端、管道行走平台、内窥单元、无线发生器、顶撑机构依次拆卸，在对智能控制终端和管道行走平台充电，充电完成后，放回包装里。[0064] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

专利地区：安徽

专利申请日期：2021-09-09

专利公开日期：2024-11-22

专利公告号：CN113757527B