專利名稱：磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實用新型屬于精確檢測和標(biāo)定大型鋼儲罐容積和壁厚的專用檢測裝置；具體涉及一種利用磁吸附原理，采用輪式驅(qū)動，能夠越障的爬壁檢測機(jī)器人。
二背景技術(shù)：
隨著世界石油戰(zhàn)略儲備的日益升溫和國內(nèi)石油化工工業(yè)蓬勃發(fā)展，原油、成品油和半成品油貯存環(huán)節(jié)增加，鋼結(jié)構(gòu)大型儲罐的建設(shè)和檢修工作越來越多。在實際生產(chǎn)中，新罐使用前必須精確標(biāo)定容積，而舊罐在服役過程中由于外界多種因素的作用，往往會造成其公稱容積的改變。因此，多種對油品儲罐的容積計量和標(biāo)定的檢測方法和設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生1、圍尺法。該方法是一種使用皮尺、人工直接圍測的手工測量方式。這種方法在測量過程中，由于罐體直徑很大，皮尺垂度將直接影響到罐體半徑尺寸測量的精度；另外，大型儲罐的高度一般都在幾十米以上，檢測過程中，在人手不及的高度上進(jìn)行測量時無疑困難重重。
2、光標(biāo)法。光標(biāo)法需首先在罐壁測點上設(shè)置一個光標(biāo)靶，光標(biāo)由罐體底部緊貼罐壁的光源(光標(biāo)器)平行于罐壁發(fā)射至標(biāo)靶，再由設(shè)在罐底中心處的測量儀器測得標(biāo)靶上的光標(biāo)位置；再按幾何學(xué)原理計算出測點處的罐體直徑。在這種方法的檢測過程中，若光標(biāo)靶高于人體所及位置，標(biāo)靶設(shè)置將是十分困難，現(xiàn)在的檢測作業(yè)中往往采用多節(jié)木桿推送方式；再則，光標(biāo)靶垂懸，它離開實際罐壁的距離又是造成測量誤差的重大因素。因此采用這種方法測量即困難又難以保證大型儲罐容積標(biāo)定的準(zhǔn)確性。
3、光學(xué)參比法。該方法是在被測罐底任意位置上設(shè)置一個測量儀，該儀器能夠繞其自身做360°旋轉(zhuǎn)，并能沿罐體軸向做0-90°變化。測量儀發(fā)射并接收從被測點反射的激光束并自動計算其光程，利用余弦定理計算出罐體的直徑尺寸。本方法測量誤差一般在2％左右，若十萬立方米的原油儲罐，其測量的直徑誤差將達(dá)到160mm，容積誤差將達(dá)到200.86m3。而且該儀器完全依賴進(jìn)口，價格昂貴且維修不便，所以，這種方法也有待改進(jìn)。
4、履帶爬壁機(jī)器人測量。該測量法在檢測過程中，罐壁上附設(shè)的加強(qiáng)圈(凸高150mm，沿罐壁軸向?qū)挾?5mm，厚度8-10mm)是這種履帶式爬壁機(jī)器人不能逾越的障礙，現(xiàn)有履帶式爬壁檢測機(jī)器人的越障高度均小于10mm，這就成為履帶式爬壁機(jī)器人在檢測大型儲罐容積過程中不可克服的難題。
上述檢測方法雖然很多，但檢測的難易程度和準(zhǔn)確性卻相差甚遠(yuǎn)，很難滿足眾多容積為幾萬、幾十萬立方米的油品儲罐在容積計量和標(biāo)定過程中做到精確檢測。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種能夠方便、快捷、直接、準(zhǔn)確地測量和標(biāo)定出被測的大型鋼結(jié)構(gòu)立式儲油罐的直徑和容積的磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人。
該機(jī)器人由磁吸附輪式爬壁器、光標(biāo)發(fā)生器和測量儀組成；其特點是所述的磁吸附輪式爬壁器是通過聯(lián)接平臺懸橋體將2個相對獨立的前車和后車鉸接在一起構(gòu)成；前車和后車上各安裝1對由伺服電機(jī)驅(qū)動的磁吸附主動輪和1個磁吸附從動輪；在前車和后車的前端均設(shè)有傳感器開關(guān)；懸橋體上設(shè)有一機(jī)二用的雙向輸出軸電機(jī)驅(qū)動控制前車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和前、后車提升裝置，能夠同時完成轉(zhuǎn)向和越障功能；在后車的尾部設(shè)置有標(biāo)尺和柔性測尺。
本實用新型所述的磁吸附輪式爬壁器的后車尾部還設(shè)有壁厚測量裝置，該裝置由測厚電機(jī)驅(qū)動的輪式鋼絲除銹刷、柔性物料清洗頭、耦合劑噴涂器和裝配在平衡器上的超聲波測厚儀組成。
本實用新型采用上述技術(shù)方案做為鋼結(jié)構(gòu)大型油品儲罐容積測量和標(biāo)定的儀器，結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、防滑性能好，具有越障功能，采用直接讀數(shù)、人機(jī)結(jié)合的方式，能順利、準(zhǔn)確地完成大型罐體的容積檢測工作。在對大型鋼結(jié)構(gòu)儲罐進(jìn)行容積測量時，在將其光標(biāo)發(fā)生器和測量儀設(shè)置在儲罐底部，再將其磁吸附輪式爬壁器貼附在罐壁上，由地面操作人員控制其行走路線和測點位置。在測點上用壓緊器將柔性測尺壓緊在壁面上，檢測人員可以從測量儀的視屏上直接讀取測量值。當(dāng)本實用新型的磁吸附輪式爬壁器在遇到加強(qiáng)圈等障礙物時，它將自動地把前車和后分別按順序提起、前行、放下而完成越障動作，繼續(xù)進(jìn)行下一個測點的測量工作。
本實用新型具有如下優(yōu)點1、實用新型在使用過程中方便、快捷，體積小(300×200×170mm)，重量輕(G＝10kg)，配用小功率直流電源，可滿足防爆條件下使用。
2、本實用新型采用磁吸附輪式結(jié)構(gòu)，它的移動軌跡由操作人員在地
3、面上遙控，可到達(dá)被測罐體壁面上任意測點位置，且在失去電源情況下不會墜落和下滑。
4、采用分體躍障方式，能夠跨躍國內(nèi)現(xiàn)階段最大容積金屬儲罐上所設(shè)置的加強(qiáng)圈(150×75×10mm)。
5、采用輪面壓花的輪式結(jié)構(gòu)，能夠有效地克服由于舊罐油漬清洗不凈而導(dǎo)致摩擦力下降的弊病，相比于履帶磁吸附式結(jié)構(gòu)優(yōu)點更顯突出。
6、由于測點在壁面上，且又是直接讀取測值，所以容積標(biāo)定精確。
7、罐體外壁上檢測時，能夠直接測定壁厚，從而能夠消除由于壁厚減薄對容積標(biāo)定而引起的誤差。
四

圖1為本實用新型的磁吸附輪式爬壁器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的爬壁器轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的越障時的示意圖五具體實施方式
本實用新型由磁吸附輪式爬壁器、光標(biāo)發(fā)生器和測量儀組成，而光標(biāo)發(fā)生器和測量儀己是市場上測量專用的成型產(chǎn)品。圖1中所示的磁吸附輪式爬壁器由前車1、后車2和中部的聯(lián)接平臺懸橋體3構(gòu)成。前車1和后車2上安裝有分別由伺服電機(jī)8、9驅(qū)動的2組磁吸附主動輪4、5、6、7及磁吸附從動輪10、11并呈三角形對稱分布，且磁吸附主動輪4、5、6、7及磁吸附從動輪10、11均采用輪面壓花結(jié)構(gòu)，以增加其摩擦力。懸橋體3是通過翻轉(zhuǎn)軸27、26與前車1和后車2鉸接成一體。懸橋體3上設(shè)置轉(zhuǎn)向提升一機(jī)兩用的電機(jī)能夠同時完成轉(zhuǎn)向和越障功能，即懸橋體3上設(shè)有一機(jī)二用的雙向輸出軸電機(jī)22，驅(qū)動控制前車1的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和前、后車提升裝置。懸橋體3上由雙向輸出軸電機(jī)22驅(qū)動的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是采用由電機(jī)22的雙向輸出軸驅(qū)動導(dǎo)向制動線15通過設(shè)在前車1上的槽輪14與導(dǎo)向輪支架12相連接，13為推力軸承，導(dǎo)向輪支架12與磁吸附從動輪10的轉(zhuǎn)軸連接，這樣就可通過改變導(dǎo)向輪支架12的狀態(tài)來調(diào)整起導(dǎo)向作用的磁吸附從動輪10的方向，使爬壁器整體改變移動方向至罐壁被測點。懸橋體3上由雙向輸出軸電機(jī)22驅(qū)動的前、后車提升裝置是采用由電機(jī)22的雙向輸出軸分別驅(qū)動越障牽引線21、20經(jīng)前車1鉸接翻轉(zhuǎn)軸27處設(shè)置的提升滾輪17及后車2鉸接翻轉(zhuǎn)軸26處設(shè)置的提升滾輪19分別提升固定在前車1和后車2底部的提升輪16、18，使前車1和后車2能夠在電機(jī)22的拖動下分別繞翻轉(zhuǎn)軸27、26進(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)爬壁器的越障功能。越障牽引線20、21均采用帶有緩沖段的繩索。在后車2的尾部設(shè)置有標(biāo)尺32和柔性測尺31，柔性測尺31是通過由彈片和磁性滾筒構(gòu)成的壓緊器23壓緊固定在罐壁面上的。
圖3中給出了本實用新型的工作狀態(tài)。，當(dāng)前車遇到設(shè)置在罐壁34上的障礙物(加強(qiáng)圈等)時通過傳感器開關(guān)30，啟動電機(jī)22拖動越障牽引線21經(jīng)過提升輪16將前車1后端面提升至與罐體壁面平行位置；同時，后車2上的驅(qū)動電機(jī)9拖動磁吸附主動輪6、7轉(zhuǎn)動，使整個爬壁器前行；前車1體放下，待障礙物移至懸橋體3下方，觸動后車傳感器開關(guān)33，后車2重復(fù)前車1抬起過程向上升起，爬壁器整體前行，后車離開障礙物后，后車放下，磁吸附輪接觸罐壁，完成越障動作。
在測點上，涂有顯示信息的標(biāo)尺31被壓緊器23的彈片和磁性滾筒壓緊在壁面上，通過測量儀29觀察光標(biāo)器28發(fā)出并照射在標(biāo)尺測點上的光束點，讀出測點處的罐體徑向尺寸。
當(dāng)機(jī)器人在外壁面測量時，所測值應(yīng)該考慮罐體壁厚的影響。此時爬壁器整體定位，測厚電機(jī)24運(yùn)行，帶動厚度測量裝置的各工具25依次工作，對被測處罐壁進(jìn)行測厚和記錄，并通過視頻系統(tǒng)傳送至檢測人員便攜式微機(jī)中(該系統(tǒng)可根據(jù)需要配置)，經(jīng)過統(tǒng)計并標(biāo)定出被測罐體的精確容積。
權(quán)利要求1.一種磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人，由爬壁器、光標(biāo)發(fā)生器和測量儀組成；其特征是所述的爬壁器是通過聯(lián)接平臺懸橋體(3)將前車(1)和后車(2)鉸接在一起構(gòu)成；前車(1)和后車(2)上各安裝1對由伺服電機(jī)驅(qū)動的磁吸附主動輪和1個磁吸附從動輪；在前車(1)和后車(2)的前端均設(shè)有傳感器開關(guān)；懸橋體(3)上設(shè)有一機(jī)二用的雙向輸出軸電機(jī)(22)，驅(qū)動控制前車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和前、后車提升裝置；在后車(2)的尾部設(shè)置有標(biāo)尺(32)和柔性測尺(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人，其特征是所述爬壁器的后車(2)尾部還設(shè)有壁厚測量裝置，該裝置由測厚電機(jī)(24)驅(qū)動的輪式鋼絲除銹刷、柔性物料清洗頭、耦合劑噴涂器和裝配在平衡器上的超聲波測厚儀組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人，其特征是所述的懸橋(3)上由雙向輸出軸電機(jī)(22)驅(qū)動的轉(zhuǎn)向裝置是采用由電機(jī)(22)的雙向輸出軸驅(qū)動導(dǎo)向制動線(15)通過設(shè)在前車(1)上的槽輪(14)及導(dǎo)向輪支架(12)來調(diào)整起導(dǎo)向作用的磁吸附從動輪(10)的方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人，其特征是所述的懸橋體(3)上由雙向輸出軸電機(jī)(22)驅(qū)動的前、后車提升裝置是由電機(jī)(22)的雙向輸出軸分別驅(qū)動越障牽引線(21)、(20)經(jīng)前車(1)鉸接翻轉(zhuǎn)軸(27)處設(shè)置的提升滾輪(17)及后車(2)鉸接翻轉(zhuǎn)軸(26)處設(shè)置的提升滾輪(19)分別提升固定在前車(1)和后車(2)底部的提升輪(16)、(18)，使前車(1)和后車(2)能夠在電機(jī)(22)的拖動下分別繞翻轉(zhuǎn)軸(27)、(26)進(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人，其特征是所述的越障牽引線采用帶有緩沖段繩索。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人，其特征是所述前車(1)和后車(2)上分別由伺服電機(jī)(8)、(9)驅(qū)動的2組磁吸附主動輪(4)、(5)、(6)、(7)、及磁吸附從動輪(10)、(11)呈三角形對稱分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人，其特征是所述的前車(1)和后車(2)上的磁吸附主動輪(4)、(5)、(6)、(7)及磁吸附從動輪(10)、(11)均采用輪面壓花的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人，其特征所述后車尾部的柔性測尺(31)通過壓緊器(23)固定。
專利摘要本實用新型屬于精確檢測和標(biāo)定大型鋼儲罐容積和壁厚的專用檢測裝置——磁吸附六輪分體躍障式爬壁檢測機(jī)器人。該機(jī)器人由磁吸附輪式爬壁器、光標(biāo)發(fā)生器和測量儀組成；其特點是所述的爬壁器是通過懸橋體將前車和后車鉸接在一起構(gòu)成；前車和后車上各安裝1對由伺服電機(jī)驅(qū)動的磁吸附主動輪和1個磁吸附從動輪；在前車和后車的前端設(shè)傳感器開關(guān)；懸橋體上設(shè)一機(jī)二用的電機(jī)，驅(qū)動控制前車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和前、后車提升裝置，能同時完成轉(zhuǎn)向和越障功能；在后車尾部設(shè)有標(biāo)尺和柔性測尺以及壁厚測量裝置。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，防滑性能好，具有越障功能，采用直接讀數(shù)、人機(jī)結(jié)合的方式，能順利、準(zhǔn)確地完成大型罐體的壁厚和容積的檢測工作。
文檔編號G01D21/02GK2779351SQ20052008934
公開日2006年5月10日 申請日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月5日
發(fā)明者丁啟敏, 佟明星, 佟仕忠, 馬君杰, 欒江峰, 孫金革, 陳義俊, 申東日, 白胤, 肖立 申請人:遼寧石油化工大學(xué), 國家大容量第一計量站