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电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 121【关键词】管道检测机器人 图像采集系统 控 制系统设计 电力供给系统
随着国家经济的飞速发展，管道使用范
围不断扩大，对管道质量的要求也随之提高，
但是在长期使用的过程中，管道必然会出现裂
纹、漏孔等故障，因此必须要定期对管道进行
排查和养护。但是因为一部分管道内部可能含
有有毒气体，如果采用人工的方式展开养护检
测工作，会给工作人员造成身体上的伤害。因
此，采用管道检测机器人来代替人工，但是，
很多管道检测机器人的设计和系统还需要得到
完善。
1 管道检测机器人系统概述
管道检测机器人系统应用在管道内部检
查工作中，可以帮助工作人员更好的检查管道
内表面的质量，及时开展相应的修补工作，而
且机器人可以代替工作人员进入一些环境恶
石墨烯的制备
劣、管径较小、含有毒气的管道。一般情况下，
管道检测机器人有以下几个方面组成，分别为：
机器人机械本体、图像采集、地面监控、电力
速冻生胚包子供给这四个部分。其中机器人机械本体主要承
担着支撑机器人行走的工作，同时作为系统云
豆渣搅拌机台辅助图像采集、地面监控、电力供给完成工空调铝箔
作任务。图像采集系统中除了摄像设备之外，
还需要安装光源、传感器、扫描设备等零部件，
以此保证图像采集任务圆满完成。而地面监控
支承板系统是由计算机组成，针对机器人在管道内的
运行情况进行监控，并且对图像采集系统传过
来的图片进行处理分析，具体判断管道内的实
际情况，明确出现缺陷的位置、缺陷的危害程
度以及缺陷等级等的信息，还要根据上述信息，
借助计算机技术给出最优方案。除了上述几个
方面之外，电力供给支撑着管道机器人运行，
作为能量来源，是保证上述系统正常工作的基
础。在实际工作中，工作人员通过计算机发出
指令，让管道机器人进入管道并且在规定速度
下在管道内运行，通过安装在管道机器人机械
本体上图像传感器和图像采集系统，将管道内管道检测机器人的设计和系统分析
文/吴忠海
樱桃采摘机
的实际情况传递给监控系统，让工作人员及时的了解到管道内部状态，同时，还会传递管道内的环境参数和机器人自身状态，让工作人员可以更加精准的操纵管道机器人，完成管道信息采集工作。2 管道检测机器人的软硬件设计2.1 硬件设计本文设计出来的管道检测机器人硬件模块包括：主控模块、外设传感器模块、Wi-Fi 传输模块。主要的处理器模块是多功能芯片STM32F105，这种芯片本身的功耗低、效率高，在实际应用中可以更好的发挥作用。而且这种芯片包括了六种功能：CAN 、ADC 、SPI 、I2C 、USB 、UART 。主控模块：这个模块主要负责的工作是控制管道检测机器人的整个系统，主要包括四个部分：STM32F105微控制器、SDRAM 、Flash 、L298N 电机驱动器。其中STM32F105微控制器最为重要，通过控制器控制机器人的转动方向、前进方向、电机转速、行驶速度。外设传感器模块：在管道检测机器人中包括了四个130型号的直流电机驱动，基于工作电压，通过减速器后，最终输出大约为180r/min 。在这个模块中主要包括了：两个TowerPro SG90舵机、摄像机、UVC 视频捕获设备、LED 照明模块、供电模块等。其中SG90舵机的作用是控制摄像头进行转动，UVC 视频捕获设备是这个模块的核心，通过UVC 可以对图像数据进行高效快速的处理，不仅如此，使用这种视频捕获设备可以有效降低开发难度，同时还可以减少在硬件设计复杂性，减免驱动方式。Wi-Fi 传输模块：在该管道检测机器人中采用的是AR9331处理器，这种处理器本身功能较为强大，在实际开发中较为方便。只需要进行少量的外设就可以展开工作，在整个Wi-Fi 传输模块中包括了：SDRAM 、ROM 、Linux 系统等部分，此外在Wi-Fi 传输模块还利用Micro-USB 接口来传输控制数据信息。2.2 软件设计在管道检测机器人的软件设计部分主要可以分为三个环节，分别为：下位机
软件模块、上位机软件模块、Wi-Fi 软件模块。其中上下位机软件模块实现了对管道检测机器人的运动控制、数据收发、图像数据的接收处理、发送控制命令等功能。在软件设计过程中下位机软件模块以及Wi-Fi 软件模块最为重要，是管道检测机器人的核心部分。首先是Wi-Fi 模块设计，在对这个模块进行设计中，需要利用三个软件：MJPG-streamer 、LuCI 、Ser2net 。经过参数初始化后，首先要启动配套的服务程序，在此基础上，建无线连接点AP ，对登录管理界面进行简单的设置，在建立好无线连接点后，就可以和上位机进行连接。其次是下位机软件设计，由上述内容可知，下位机中的控制芯片为STM32F105，这种通用嵌入式处理器，可以更好的控制机器人的运动轨迹，还具有了告警检测功能。3 管道检测机器人内部系统设计3.1 机器人的本体一般的管道检测机器人系统由机械本体、图像采集系统、地面监控系统以及电力供给系统组成，不同系统承担着不同的任务。机器人机械本体是整个系统的基础部分，机械本体性能的好坏，会对控制性能造成直接的影响。因此，必须要保证机器人本体性能、结构的良好，以此让管道机器人可以完成多样化运动。这就需要对管道机器人的移动方式、管道机器人的驱动方式、云台系统进行设计，从而有效提高的环境适应能力。3.2 图像采集系统管道检测机器人中最为重要的就是图像采集系统，通过图像采集系统可以让工作人员对管道内部情况形成更加全面的了解。利用CCD 摄像头、PCI 数据采集卡和PC 机组成一个CCD 图像采集系统，基于数字图像处理技术，针对管道内部采集到的图片信息进行处理。不仅如此，通过图像采集系统还可以管道内部检测和缺陷进行全面的评价。3.3 控制系统设计在管道检测机器人中应用的控制系统是由PC 机和运动控制卡组成的，通过这种方<<；下转122页
表 1：管道检测机器人的行驶速度测试数据行驶档位实验次数行驶距离（m ）行驶时间(s)实际速度(m/min)三挡11018.9531.6621019.4630.8331019.7830.33平均1019.4030.93
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