管道檢測機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的一種機器人，特別是一種應(yīng)用多種傳感檢測技術(shù)，對工作狀態(tài)中的油氣管道進(jìn)行腐蝕、裂紋、圓度等缺陷檢測，以保障管道安全平穩(wěn)運行的管道檢測機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]管道檢測機器人是針對油氣管道的清理、檢測、維護(hù)而研制的一種特種檢測裝置，它集成了智能移動技術(shù)與無損檢測技術(shù)，對工作狀態(tài)中的油氣管道進(jìn)行無損檢測，以保障管道安全穩(wěn)定工作。按照機器人運動方式的不同分為主動運行機器人和被動運行機器人，主動運行機器人有履帶式、仿生式、車型式和支撐輪式，被動運動機器人是憑借管道介質(zhì)壓差為驅(qū)動。非接觸無損檢測技術(shù)有漏磁檢測技術(shù)、渦流檢測技術(shù)、磁記憶檢測技術(shù)、電磁超聲檢測技術(shù)和激光檢測技術(shù)。
[0003]目前國內(nèi)外油氣管道檢測機器人大多采用單一檢測手段，這寫方法雖然能夠檢測出管道缺陷，但考慮到漏磁檢測技術(shù)只能對單一方向缺陷進(jìn)行檢測，渦流檢測技術(shù)需要耦合劑且環(huán)境與人員因素影響較大，磁記憶檢測技術(shù)尚不成熟等原因。所以研制出一種基于多傳感器的在線非接觸檢測管道變形、表面腐蝕、壁厚、裂紋等缺陷的油氣管道檢測機器人，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)【背景技術(shù)】所述，本發(fā)明的目的在于提供一種采用支撐輪行走方式，應(yīng)用激光檢測技術(shù)和電磁超聲檢測技術(shù)，機器人具有一定的轉(zhuǎn)彎能力和管徑適應(yīng)能力，能夠在線對油氣管道進(jìn)行無損檢測，確保管道安全平穩(wěn)工作的管道檢測機器人。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種管道檢測機器人，主要由激光檢測機構(gòu)(I)、牽引機構(gòu)(2)、電磁超聲機構(gòu)(3)和電子艙(4)組成，其中:激光檢測機構(gòu)(1)、牽引機構(gòu)(2)、電磁超聲機構(gòu)(3)、電子艙(4)通過連接鉸軸相連，組成一個模塊化機器人結(jié)構(gòu)。
[0006]所述的激光檢測機構(gòu)(I)由激光位移傳感器(11)、傳感器固定架(12)、旋轉(zhuǎn)臂
(13)、配重塊(14)、支撐筒體(15)和行走輪組(16)組成，采用激光點掃描技術(shù)，激光位移傳感器(11)通過傳感器固定架(12)固定在旋轉(zhuǎn)臂上(13)，旋轉(zhuǎn)臂(13)通過聯(lián)軸器與電機軸相連繞機器人中心旋轉(zhuǎn)；行走輪(16)采用并行四連桿機構(gòu)，雙排雙輪形式，固定在支撐筒體上。旋轉(zhuǎn)臂中心固定激光發(fā)射器，標(biāo)定管道中心在光柵中的位置，通過手輪調(diào)節(jié)激光點在光柵中的位置，使機器人中心與管道中心重合。
[0007]所述的牽引機構(gòu)(2)由渦輪(22)、蝸桿(21)、同步帶輪(23)、同步帶(24)、驅(qū)動輪
(27)、滾珠絲杠(29)、碟簧(212)、壓力傳感器(213)、固定輪轂(28)、滑動輪轂(211)和底座(214 )組成，采用單電機全驅(qū)動方式，蝸桿(21)通過滾珠軸承固定在固定輪轂(28 )上，三個渦輪成120°均勻布置；同步帶輪(23)通過螺栓與渦輪(22)相連，通過同步帶(24)將運動傳遞給驅(qū)動輪(27);通過壓力傳感器(213)測量驅(qū)動輪(27)壓力，負(fù)反饋控制電機的轉(zhuǎn)動，控制絲杠螺母(210)在絲杠(29)中的位置，完成支撐臂(25)的收縮與打開。
[0008]所述的電磁超聲檢測機構(gòu)(3)由探頭(31)、探頭固定板(32)、支撐臂(37)、滾珠絲杠(33)、固定輪轂(34)、滑動輪轂(36)和導(dǎo)軌(35)組成，支撐臂(37)與探頭固定架(32)通過鉸接板相連，探頭固定架(32)兩端固定磁探頭(31)，一個激勵探頭一個收發(fā)探頭；探頭上安裝固定輪，保持探頭表面與管壁的距離；支撐臂(37)用于支撐和收縮探頭，鉸接板有導(dǎo)向孔用于保持探頭固定架的平衡。
[0009]所述的電子艙結(jié)構(gòu)(4)由筒體(41)、線性導(dǎo)軌(42)、滾珠絲杠(43)、手輪(44)、支撐臂(47)、輔助行走輪(46)和霍爾傳感器(45)組成，用于攜帶步進(jìn)電機控制器、伺服電機控制器、FPGA控制板和電源；電子艙安裝有里程輪，通過霍爾傳感器(45)記憶行走輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)，換算檢測機器人行走距離；滾珠絲桿(43)通過卡緊裝置與支座相連，保障里程輪與管壁接觸。
[0010]由于采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果:
1、本發(fā)明搭載激光檢測機構(gòu)和電磁超聲檢測機構(gòu)，彌補了單一檢測手法測量的局限性，能夠檢測油氣管道腐蝕、裂紋、變形等缺陷。
[0011]2、本發(fā)明采用非接觸測量，測量精度高、操作方便，且能夠適應(yīng)一定的管徑變化及通過一定曲率的彎道。
[0012]3、本發(fā)明通過壓力傳感器反饋控制支撐臂的打開和收縮，防止機構(gòu)過載。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明機器人總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明激光檢測結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明牽引機構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明電磁超聲檢測結(jié)構(gòu)示意圖圖5為本發(fā)明電子艙結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明根據(jù)附圖進(jìn)行實施，下面結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。
[0015]如圖1所示，為本發(fā)明一種管道檢測機器人總體結(jié)構(gòu)示意圖，其中:激光檢測機構(gòu)1、牽引機構(gòu)2、電磁超聲機構(gòu)3、電子艙4通過連接鉸軸相連，組成一個模塊化機器人結(jié)構(gòu)。
[0016]如圖2所示，激光檢測機構(gòu)I由激光位移傳感器11、傳感器固定架12、旋轉(zhuǎn)臂13、配重塊14、支撐筒體15和行走輪組16組成。激光檢測機構(gòu)I采用激光點掃描技術(shù)，通過支撐筒體15和3組行走輪16定心，旋轉(zhuǎn)臂13繞檢測機器人中心線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)臂中心固定激光器，通過激光點在光柵中的位置調(diào)節(jié)手輪，使機器人中心與管道中心重合；激光位移傳感器11通過傳感器固定架12固定在旋轉(zhuǎn)臂13上，旋轉(zhuǎn)臂13另一端配有配重塊14平衡旋轉(zhuǎn)慣量。激光位移傳感器11采集管道截面信息，通過數(shù)據(jù)處理得到管道腐蝕、變形信息。
[0017]如圖3所示，牽引機構(gòu)2由渦輪22、蝸桿21、同步帶輪23、同步帶24、支撐臂25、驅(qū)動輪27、固定輪轂28、滾珠絲杠29、滑動輪轂211、碟簧212、壓力傳感器213和底座214組成；牽引機構(gòu)2采用單電機全驅(qū)動方式、蝸桿21通過滾珠軸承固定在固定輪轂211上，3個渦輪22圓周方向120°均勻布置，同步帶輪23通過螺栓與渦輪22相連，同步帶24將運動傳遞給驅(qū)動輪，伺服電機將扭矩通過蝸桿21傳遞給渦輪22，同步帶輪23從動，并通過同步帶將扭矩傳遞給驅(qū)動輪，從而驅(qū)動正在機構(gòu)。壓力傳感器213測量管壁對驅(qū)動輪27壓力，當(dāng)壓力大于設(shè)定值，步進(jìn)電機控制滾珠絲杠29旋轉(zhuǎn)，絲杠螺母位置變化，使支撐臂25收縮，以免過載損壞；當(dāng)壓力小于設(shè)定值時，步進(jìn)電機控制滾珠絲桿29旋轉(zhuǎn)使支撐臂25張開，以滿足管徑變化的需要。
[0018]如圖4所示，電磁超聲檢測機構(gòu)3由探頭31、探頭固定板32、支撐臂37、滾珠絲杠33、固定輪轂34、滑動輪轂36和導(dǎo)軌35組成。支撐臂37與探頭固定架32通過鉸接板相連，探頭固定架32兩端固定磁探頭31，一個激勵探頭一個收發(fā)探頭，通過分析電磁超聲回波信息，得到管道裂紋缺陷信息；探頭上安裝滾輪，保持探頭表面與管壁的距離，鉸接板有導(dǎo)向孔用于保持探頭固定架平衡；支撐臂37用于支撐和收縮探頭，檢測時，支撐臂37打開使探頭滾輪緊貼管壁，沒有檢測任務(wù)時，支撐臂37收縮，以免影響機器人正常行走。
[0019]如圖5所示，電子艙4由筒體41、線性導(dǎo)軌42、絲杠43、手輪44、支撐臂47組成。電子艙4用于攜帶步進(jìn)電機控制器、伺服電機控制器、FPGA控制板和電源；電子艙安裝有里程輪，通過霍爾傳感器45記憶行走輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)，換算檢測機器人行走距離；滾珠絲桿43通過卡緊裝置與支座相連，保障里程輪與管壁接觸。
【主權(quán)項】
1.一種管道檢測機器人，主要由激光檢測機構(gòu)(I)、牽引機構(gòu)(2)、電磁超聲機構(gòu)(3)和電子艙(4)組成，其特征在于:所述的激光檢測機構(gòu)(I)采用激光點掃描技術(shù)，牽引機構(gòu)(2)采用單電機全驅(qū)動方式，電磁超聲機構(gòu)(3)、電子艙(4)通過連接鉸軸相連，組成模塊化機器人結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道檢測機器人，其特征在于:所述的激光檢測機構(gòu)(I)由激光位移傳感器(11)、傳感器固定架(12)、旋轉(zhuǎn)臂(13)、配重塊(14)、支撐筒體(15)和行走輪組(16)組成，激光檢測機構(gòu)(I)通過支撐筒體(15)和行走輪組(16)進(jìn)行定心，旋轉(zhuǎn)臂(13)中心固定有激光發(fā)射器，通過手輪(17)調(diào)節(jié)激光點在光柵中的位置進(jìn)行精確定心，激光位移傳感器(11)通過傳感器固定架(12)固定在旋轉(zhuǎn)臂(13)上，另一端固定有配重塊(14)平衡重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道檢測機器人，其特征在于:所述的牽引機構(gòu)(2)由渦輪(22)、蝸桿(21)、同步帶輪(23)、同步帶(24)、驅(qū)動輪(27)、滾珠絲杠(29)、碟簧(212)、壓力傳感器(213)、固定輪轂(28)、滑動輪轂(211)和底座(214)組成，蝸桿(21)通過滾珠軸承固定在固定輪轂(28)上，渦輪(22)通過底座(25)圓周方向120°均勻布置在固定輪轂(28)上，渦輪(21)與同步帶輪(23)相固定，通過同步帶(24)將扭矩傳遞給驅(qū)動輪(27)，導(dǎo)軌(215)連接固定輪轂(28)與滑動輪轂(211)，滾珠絲杠(29)—端通過軸承與固定輪轂(28 )相連，絲杠螺母(210)與滑動輪轂(211)沿絲杠(29 )運動，完成支撐臂(25 )打開收縮，壓力傳感器(213)測量管壁對驅(qū)動輪(27)壓力，碟簧(212)起緩沖作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道檢測機器人，其特征在于:所述的電磁超聲檢測機構(gòu)(3)由探頭(31)、探頭固定板(32)、支撐臂(37)、滾珠絲杠(33)、固定輪轂(34)、滑動輪轂(36)和導(dǎo)軌(35)組成，支撐臂(37)與探頭固定架(32)通過鉸接板相連，探頭固定架(32)兩端固定磁探頭(31)，探頭上安裝固定輪，鉸接板設(shè)置導(dǎo)向孔用于保持探頭固定架的平衡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道檢測機器人，其特征在于:所述的電子艙(4)由筒體(41)、線性導(dǎo)軌(42)、滾珠絲杠(43)、手輪(44)、支撐臂(47)、輔助行走輪(46)和霍爾傳感器(45 )組成，筒體(4 )中設(shè)置用于固定電機控制器、電源和FPGA控制板的電子器件固定架，電子艙安裝里程輪，霍爾傳感器(45)記憶行走輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)，換算檢測機器人行走距離；滾珠絲桿(43)通過卡緊裝置與支座相連。
【專利摘要】一種管道檢測機器人，主要由激光檢測機構(gòu)（1）、牽引機構(gòu)（2）、電磁超聲檢測機構(gòu)（3）、電子艙（4）組成，各機構(gòu)之間由連接鉸軸相連；牽引機構(gòu)（1）采用單電機全驅(qū)動方式，由渦輪蝸桿同步帶傳動，提供機器人行走動力，激光檢測機構(gòu)（2）由激光位移傳感器、旋轉(zhuǎn)臂、配重塊、支撐體等組成，用于測量管道表面腐蝕及變形，電磁超聲檢測機構(gòu)（3）由支撐組件、探頭、固定板組成，用于測量管道壁厚及裂紋缺陷，電子艙（4）用于攜帶步進(jìn)電機控制器、伺服電機驅(qū)動器、電源以及FPGA控制板等輔助部件。本發(fā)明所涉及的管道檢測機器人可以發(fā)現(xiàn)管道腐蝕、裂紋、變形等缺陷，能夠?qū)ぷ髦杏蜌夤艿肋M(jìn)行在役檢測，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行有針對性的修復(fù)、修理、更換，降低維修成本，保障油氣管道安全平穩(wěn)運行。
【IPC分類】F16L55-32, F16L101-30
【公開號】CN104565675
【申請?zhí)枴緾N201410278474
【發(fā)明人】曹建樹, 李魁龍, 李楊, 劉強, 徐寶東, 張義
【申請人】北京石油化工學(xué)院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年6月20日