CN104443097B - 一种油气输送管道探伤在线作业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气输送管道探伤在线作业机器人，其采用周向均匀布置并通过弹簧压紧的驱动轮结构形式，提高了机器人对探测管道的握持力；通过采用具有向上翻折功能的组合式圆筒结构的套筒，解决了机器人对管路弯头位置处的有效握持与顺畅通过的技术问题。本发明的探伤在线作业机器人，其直接在管路外壁上进行探伤作业，改变了现有技术的探伤作业机器人在管内进行探伤作业的工作方式。相应地，省去了油气输送管路停车及工艺处理等流程，从而大幅提高了作业安全性与工作效率，并大幅降低其探伤作业的成本。本发明的结构简单、具有在管道外壁任意位置处灵活转向和攀爬能力。

Description

一种油气输送管道探伤在线作业机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种油气输送管道探伤在线作业机器人。

背景技术

油气输送管路投运前后需要进行全面的管路探伤作业，其工程量庞大、需要投入大量的人、物和财力。特别是，许多输油管道铺设在环境条件十分恶劣的地方，如人迹罕至的沙漠，或冰雪覆盖的冰川，其作业环境相对恶劣，存在众多很难由人工进行施工作业的区段，采用智能化机器人辅助人工进行油气管路探伤已成为普遍采用的探伤作业方式。

现有技术中，目前相对使用更为广泛的管道探伤机器人，其工作方式为机器人直接进入管道内部，在管道内以管壁为支撑，在管内进行探伤作业。

但这种机器人，由于其作业过程需要进入管道内部，其工作过程中，经常可能需要停车，甚至需要进行相应的工艺处理才能进行。

现有技术中的另一种管道探伤机器人，其采用由机器人握持并自主移动的方式进行管路自主探伤作业，但由于结构上的缺陷或不足，其不具备自主通过管路弯头连接处的通行能力，仅仅适用于水平、垂直方向或转向相对平缓的管段，而对于转向角度偏大，特别是90度直角弯头处，其无法自主顺畅通过，因而不能完成弯头处的探伤作业。实际上，对于常年运行的油气输送管路，弯头处往往是最易出现裂缝或内伤的部位。

这种结构的机器人在带来施工作业环境的部分改变(由管内至管外)的同时，也带来了其自动化程度不高、工作效率偏低等缺陷或不足。

发明内容

本发明的目的是，提供一种结构简单、具有在管道外壁任意位置处灵活转向和攀爬能力的油气输送管道探伤在线检测的作业机器人。

本发明为实现上述目的需要解决的技术问题是，如何解决在线作业机器人对管路弯头处的顺畅通过和有效保持握持力的能力。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种油气输送管道探伤在线作业机器人，包括分别与机器人外部的控制系统连接的驱动系统和探测系统；其特征在于，所述驱动系统和探测系统通过连接桥连接；

所述连接桥的一端固定连接在所述驱动系统上，另一端铰接在所述探测系统上；

所述连接桥数量为两个，左右对称布置在所述驱动系统两侧；

所述驱动系统包括套筒、驱动轮底座、弹簧、驱动轮叉架和驱动轮；

所述套筒为开合式圆筒结构，包括对称的两个半圆圆筒部分；

所述两个半圆圆筒部分的一端通过铰接轴成可转动连接，另一端在各自向外形成的第一法兰面翻边处成可拆卸连接；

所述驱动轮底座焊接在所述套筒的内壁上，所述驱动轮底座数量为三个，沿所述套筒的圆周内壁均布；

所述驱动轮底座的上部对称设置有两个耳孔；

所述驱动轮叉架为近似呆扳手形状的两段式结构，其中，柄部通过装配在所述耳孔内的连接轴与所述驱动轮底座成可转动连接；开口部两边分别开设有轴孔；

所述驱动轮带转动轴，所述转动轴装配在所述轴孔内成可转动连接；

所述驱动轮由驱动轮电机驱动；

所述探测系统包括一齿轮和探测装置总成；

所述齿轮的上段为齿部，下段为光滑部；

所述齿轮为四等分分体式组合结构，包括四个环形齿部，分别为第一环形齿部、第二环形齿部、第三环形齿部和第四环形齿部；

所述齿轮的第一直径的两端外壁上分别设置有第一铰接轴和第二铰接轴，所述第一铰接轴和第二铰接轴的中心线在一条直线上；

所述齿轮的第二直径与所述第一直径垂直，所述第二直径的一端的外壁上分别设置有第三铰接轴，所述第三铰接轴的中心轴线与所述齿轮的中心轴线平行，另一端的两侧的外壁上分别设置有朝外的第二法兰面翻边，并通过螺栓形成可拆卸连接；

所述两个半圆圆筒部分的一端的铰接轴的延长线与所述第二直径的延长线垂直相交；

所述光滑部的外壁上焊接有护板；

所述护板为沿所述光滑部的壁面向上延伸至一定高度后，向内形成一90度折弯部；

所述护板包括第一护板、第二护板、第三护板和第四护板共四块，所述第一护板、第二护板、第三护板和第四护板的位置与所述第一环形齿部、第二环形齿部、第三环形齿部和第四环形齿部为一一对应；

所述折弯部上安装有探测装置，所述探测装置包括连接臂和驱动齿轮；

所述连接臂上设置有槽口，该槽口与所述折弯部的边缘部成松配合插接；

所述连接臂的下部安装有用于驱动所述驱动齿轮的电机，所述驱动齿轮与所述环形齿部的齿啮合；

所述连接臂的顶部设置有带伸缩杆的超声波探头；

所述驱动轮底座靠下的位置处设有一弹簧；

所述弹簧的一端与驱动轮底座固定连接，另一端顶向驱动轮叉架的柄部，所述弹簧的正常状态为压缩状态；

所述外接控制系统用于控制各驱动轮的启/停、各驱动轮的正转与反转、各驱动轮转速的调节、用于驱动所述驱动齿轮的电机的转速以及所述伸缩杆的伸展与回缩。

上述技术方案直接带来的技术效果是，机器人整体结构简单、其驱动系统采用沿圆周均匀布置并通过弹簧压紧的驱动轮，提高了越障能力和有效保持握持力的能力；

首先，其通过采用“所述齿轮的第一直径的两端外壁上分别设置有第一铰接轴和第二铰接轴，所述第一铰接轴和第二铰接轴的中心线在一条直线上”这一技术手段，使得整个齿轮在通过大角度弯头处时，该齿轮以第一和第二铰接轴为对称轴的两个部分之间可偏离其原始平面向上或者向下翻转一定角度(即，该齿轮以第一和第二铰接轴为对称轴的两个对称两个部分之间相互错位，二者之间形成一定的夹角)，从而保证了整个齿轮顺畅通过管道的弯头连接处，因而具备有在管道外壁任意位置处灵活转向和攀爬能力。

而“所述驱动轮底座靠下的位置处设有一弹簧；所述弹簧的一端与驱动轮底座固定连接，另一端顶向驱动轮叉架的柄部，弹簧的正常状态为压缩状态”这一技术手段的采用，使得各驱动轮分别具有一定的沿套筒径向运动的活动空间，并在各自沿套筒径向运动的同时，三个驱动轮始终协调一致地紧紧“握持住”待探伤检测的管道。

为更好地理解本发明，现以机器人自下而上爬升至弯头连接处时为例，简要说明上述技术方案的机器人是如何顺畅通过管路之间的弯头连接处的：

当机器人自下而上爬升至弯头连接处时，在控制系统的控制下，弯头外侧相对应的驱动轮的转速比弯头内侧相对应的驱动轮转速快(这包括三种情况，一是，弯头内侧对应的驱动轮静止，弯头外侧相对应的驱动轮的旋转；二是，弯头内侧对应的驱动轮慢速旋转，弯头外侧相对应的驱动轮的快速旋转；三是，弯头内侧对应的驱动轮顺时针转动，弯头外侧对应的驱动轮逆时针旋转)。即，在弯头内外侧对应的驱动轮之间形成差速，进而对各自相对应的齿轮半圆部产生不同的向上的推动力。

与此同时，与弯头外侧对应的齿轮半圆部将绕上述第一铰接轴和第二铰接轴沿逆时针方向转动一定角度(即，向上翻转一定角度)。

相应地，弯头内侧对应的驱动轮处的弹簧进一步压缩、弯头外侧相对应的驱动轮处弹簧拉伸，一是各驱动轮始终保持与管道外壁紧密接触的状态，进而保证机器人顺畅通过管路的弯头连接处。

反之，当机器人自上而下爬升至弯头连接处时，在控制系统的控制下，基于类同的道理，弯头外侧相对应的驱动轮与弯头内侧相对应的驱动轮之间也能形成差速，并在各驱动轮所对应的弹簧的协调配合下，实现顺畅通过。

其次，机器人整体直接套装在管道上，超声波探头在驱动齿轮的带动下可绕管道进行360度旋转，实现了对管路的全方位无死角探伤。

作为优选，上述驱动轮的轮面设置有沟槽和凸棱。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，可以增大驱动轮与管道之间的摩擦系数。

进一步优选，上述所述驱动轮的轮面为向内凹陷的圆弧面。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，可以进一步增大驱动轮与管道之间的接触面积，相应的，增加其摩擦力，以有效避免垂直方向爬升过程中可能出现打滑或握持力不足的问题。

进一步优选，上述驱动轮的轮面衬胶。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，一方面，可防止静电的产生；另一方面，可进一步提升其对管道的握持力。

进一步优选，上述驱动轮电机和用于驱动所述驱动齿轮的电机均为防爆电机。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，驱动轮电机和电机均优选为防爆电机，这主要是考虑到本发明的具体使用的工况所采用的一种技术手段。

附图说明

图1为本发明的机器人整体结构示意图；

图2为本发明的机器人驱动系统结构图；

图3为本发明的探测系统结构图；

图4为本发明的机器人在通过弯头处时的运动状态示意图。

附图标记说明：1待检测管道、2探测系统、3连接桥、4驱动系统、5套筒、6驱动轮底座、7弹簧、8驱动轮叉架、9驱动轮、10护板、11第一铰接轴、12第一环形齿部、13第二法兰面翻边、14第二环形齿部、15第二铰接轴、16第三环形齿部、17第三铰接轴、18第四环形齿部、19连接臂、20电机、21超声波探头、22伸缩杆、23驱动齿轮、30第一法兰面翻边、40连接轴、70铰接轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。

如图1至图4所示，本发明的油气输送管道探伤在线作业机器人，其包括分别与机器人外部的控制系统(图中未示出)连接的驱动系统4和探测系统2；

上述驱动系统4和探测系统2通过连接桥3连接；

上述连接桥3的一端固定连接在驱动系统4上，另一端铰接在探测系统2上；

上述连接桥3数量为两个，左右对称布置在上述驱动系统4两侧；上述驱动系统包括套筒5、驱动轮底座6、弹簧7、驱动轮叉架8和驱动轮9；

上述套筒5为开合式圆筒结构，包括对称的两个半圆圆筒部分；

上述两个半圆圆筒部分的一端通过铰接轴70成可转动连接，另一端在各自向外形成的第一法兰面翻边30处成可拆卸连接；

上述驱动轮底座6焊接在上述套筒5的内壁上，上述驱动轮底座6数量为三个，沿上述套筒的圆周内壁均布；

上述驱动轮底座的上部对称设置有两个耳孔；

上述驱动轮叉架8为近似呆扳手形状的两段式结构，其中，柄部通过装配在上述耳孔内的连接轴40与上述驱动轮底座成可转动连接；开口部两边分别开设有轴孔；

上述驱动轮带转动轴，上述转动轴装配在上述轴孔内成可转动连接；

上述驱动轮9由驱动轮电机驱动；

上述探测系统包括一齿轮和探测装置总成；

上述齿轮的上段为齿部，下段为光滑部；

上述齿轮为四等分分体式组合结构，包括四个环形齿部，分别为第一环形齿部12、第二环形齿部14、第三环形齿部16和第四环形齿部18；

上述齿轮的第一直径的两端外壁上分别设置有第一铰接轴11和第二铰接轴15，上述第一铰接轴11和第二铰接轴15的中心线在一条直线上；

上述齿轮的第二直径与上述第一直径垂直，上述第二直径的一端的外壁上分别设置有第三铰接轴17，上述第三铰接轴的中心轴线与上述齿轮的中心轴线平行，另一端的两侧的外壁上分别设置有朝外的第二法兰面翻边13，并通过螺栓形成可拆卸连接；

上述铰接轴70的延长线与上述第二直径的延长线相交；

上述光滑部的外壁上焊接有护板10；

上述护板10为沿上述光滑部的壁面向上延伸至一定高度后，向内形成一90度折弯部；

上述护板10包括第一护板、第二护板、第三护板和第四护板共四块，上述第一护板、第二护板、第三护板和第四护板的位置与上述第一环形齿部、第二环形齿部、第三环形齿部和第四环形齿部为一一对应；

上述折弯部上安装有探测装置，上述探测装置包括连接臂19和驱动齿轮23；

上述连接臂19上设置有槽口，该槽口与上述折弯部的边缘部成松配合插接；

上述连接臂19的下部安装有用于驱动上述驱动齿轮23的电机20，上述驱动齿轮23与上述环形齿部的齿啮合；

上述连接臂19的顶部设置有带伸缩杆22的超声波探头21。

上述驱动轮底座靠下的位置处设有一弹簧7；

上述弹簧7的一端与驱动轮底座6固定连接，另一端顶向驱动轮叉架8的柄部，弹簧的正常状态为压缩状态；

上述外接控制系统用于控制各驱动轮的启/停、各驱动轮的正传与反转、各驱动轮转速的调节、上述驱动电机的转速以及所述伸缩杆22的伸展与回缩。

上述驱动轮9的轮面设置有沟槽和凸棱。

上述驱动轮9的轮面为向内凹陷的圆弧面。

上述驱动轮9的轮面衬胶。

上述驱动轮电机和电机20均为防爆电机。

需要说明的是，本发明的机器人还安装有通讯系统和定位系统，以及选择性安装的摄像头及其附属装置。

其中，通讯系统用于机器人自主作业时将探测数据回传，定位系统用于机器人的定位，均可借助现有技术实现。

Claims (5)

1.一种油气输送管道探伤在线作业机器人，包括分别与机器人外部的控制系统连接的驱动系统和探测系统；其特征在于，所述驱动系统和探测系统通过连接桥连接；

所述连接桥的一端固定连接在所述驱动系统上，另一端铰接在所述探测系统上；

所述连接桥数量为两个，左右对称布置在所述驱动系统两侧；

所述驱动系统包括套筒、驱动轮底座、弹簧、驱动轮叉架和驱动轮；

所述套筒为开合式圆筒结构，包括对称的两个半圆圆筒部分；

所述两个半圆圆筒部分的一端通过铰接轴成可转动连接，另一端在各自向外形成的第一法兰面翻边处成可拆卸连接；

所述驱动轮底座焊接在所述套筒的内壁上，所述驱动轮底座数量为三个，沿所述套筒的圆周内壁均布；

所述驱动轮底座的上部对称设置有两个耳孔；

所述驱动轮叉架为近似呆扳手形状的两段式结构，其中，柄部通过装配在所述耳孔内的连接轴与所述驱动轮底座成可转动连接；开口部两边分别开设有轴孔；

所述驱动轮带转动轴，所述转动轴装配在所述轴孔内成可转动连接；

所述驱动轮由驱动轮电机驱动；

所述探测系统包括一齿轮和探测装置总成；

所述齿轮的上段为齿部，下段为光滑部；

所述齿轮为四等分分体式组合结构，包括四个环形齿部，分别为第一环形齿部、第二环形齿部、第三环形齿部和第四环形齿部；

所述齿轮的第一直径的两端外壁上分别设置有第一铰接轴和第二铰接轴，所述第一铰接轴和第二铰接轴的中心线在一条直线上；

所述齿轮的第二直径与所述第一直径垂直，所述第二直径的一端的外壁上分别设置有第三铰接轴，所述第三铰接轴的中心轴线与所述齿轮的中心轴线平行，另一端的两侧的外壁上分别设置有朝外的第二法兰面翻边，并通过螺栓形成可拆卸连接；

所述两个半圆圆筒部分的一端的铰接轴的延长线与所述第二直径的延长线相交；

所述光滑部的外壁上焊接有护板；

所述护板为沿所述光滑部的壁面向上延伸至一定高度后，向内形成一90度折弯部；

所述护板包括第一护板、第二护板、第三护板和第四护板共四块，所述第一护板、第二护板、第三护板和第四护板的位置与所述第一环形齿部、第二环形齿部、第三环形齿部和第四环形齿部为一一对应；

所述折弯部上安装有探测装置，所述探测装置包括连接臂和驱动齿轮；

所述连接臂上设置有槽口，该槽口与所述折弯部的边缘部成松配合插接；

所述连接臂的下部安装有用于驱动所述驱动齿轮的电机，所述驱动齿轮与所述环形齿部的齿啮合；

所述连接臂的顶部设置有带伸缩杆的超声波探头；

所述驱动轮底座靠下的位置处设有一弹簧；

所述弹簧的一端与驱动轮底座固定连接，另一端顶向驱动轮叉架的柄部，所述弹簧的正常状态为压缩状态；

所述控制系统用于控制各驱动轮的启/停、各驱动轮的正转与反转、各驱动轮转速的调节、用于驱动所述驱动齿轮的电机的转速以及所述伸缩杆的伸展与回缩。

2.根据权利要求1所述的油气输送管道探伤在线作业机器人，其特征在于，所述驱动轮的轮面设置有沟槽和凸棱。

3.根据权利要求1所述的油气输送管道探伤在线作业机器人，其特征在于，所述驱动轮的轮面为向内凹陷的圆弧面。

4.根据权利要求1所述的油气输送管道探伤在线作业机器人，其特征在于，所述驱动轮的轮面衬胶。

5.根据权利要求1-4任一所述的油气输送管道探伤在线作业机器人，其特征在于，所述驱动轮电机和用于驱动所述驱动齿轮的电机均为防爆电机。