CN104613274A - 一种自适应管道探测机器人 - Google Patents

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    • F16L2101/30—Inspecting, measuring or testing

Abstract

本发明公开了一种自适应管道探测机器人。该自适应管道探测机器人采用X射线检测器、多种传感器、红外摄像机配合对管道进行检测；采用履带式行动足，与其他移动方式相比可以跨越更多的障碍；两个履带足由单独的步进电机驱动，简化传动机构，且两个履带足可变换速度进行转向和调整机器人平衡；采用调整机构调整履带足夹角贴合管道行走，且机器人整体高度宽度可调；采用双电池供电，保证供电可靠性。

Description

一种自适应管道探测机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其是涉及一种自适应管道探测机器人。
背景技术
油气管道输送是与铁路、公路、水运、航运并列的五大运输行业之一，长输油气管道作为一种特殊设备广泛应用于石油、石化、化工等工业领域以及城市燃气系统中，在国民经济中占有重要地位。国内在役长输油气管道中部分管材制管质量较差，加上施工建设过程中存在部分焊接缺陷和涂层缺陷，这给管道的安全运行埋下隐患，即使部分投产验收合格的管道，在运行过程中也难免受到介质、温度、疲劳、腐蚀、局部载荷等因素影响，服役一段时间后产生缺陷或导致缺陷扩展，并可能最终发生失效，给人民生命财产、工业生产和社会稳定构成威胁。如何检测发现管道缺陷，事前对含缺陷管道进行评价和预测(含缺陷管道的剩余强度评价，含缺陷管道的剩余寿命预测)，确保在役油气长输管道安全可靠运行是目前世界各国普遍关注和迫切需要解决的重大课题。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护等工作。基于目前管道探伤机器人的研究现状，本发明主要研究一台具有良好的弯道通过能力、视觉定位能力并能适应较长时间检测作业的管道机器人。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种活动灵活，方便过弯，适应不同管道大小，具有多种检测能力，供电可靠适应长时间检测的自适应管道探测机器人。
本发明采用以下技术方案：一种自适应管道探测机器人，包括履带足、调整机构、X射线检测器、传感器组、红外摄像机、步进电机、充电电池和双电路切换开关，调整机构包括平台架、连接架、左螺旋杆、右螺旋杆和螺旋套，连接架可旋转的设置在平台架两侧的下部，连接架的长度可调节，两侧的连接架的下端可旋转的分别设置一个履带足，两侧的连接架的中部分别可旋转的设置左螺旋杆和右螺旋杆，左螺旋杆和右螺旋杆的螺纹旋向相反，螺旋套设置在左螺旋杆与右螺旋杆之间并与两者旋转配合，螺旋套可旋转旋出或旋进左螺旋杆与右螺旋杆，进而调整两侧连接架的角度；履带足包括履带支撑架、设置在履带支撑架上的多个履带轮和设置在履带轮上的履带，履带上具有截面为等腰梯形的履齿，步进电机为两个并分别设置在一侧的履带支撑架中连接一侧的履带足；平台架上设置X射线检测器、传感器组、红外摄像机、充电电池和双电路切换开关，传感器组包括气体传感器、测距传感器和倾斜传感器，测距传感器为多个并设置在平台架的周边；充电电池分主副两组，双电路切换开关包括调节机构、主断路器和副断路器，主断路器和副断路器设置在调节机构的两侧并由调节机构进行主断路器和副断路器的切换，主断路器与主的充电电池连接，副断路器与副的充电电池连接，主副两组的充电电池分别连接调整机构、X射线检测器、传感器组、红外摄像机、步进电机。
作为一种改进，调节机构包括主动轮、左从动轮、右从动轮、左活动架和右活动架，主动轮连接电机，左从动轮和右从动轮分别位于主动轮的两侧，左活动架和右活动架的侧边分别具有左齿条和右齿条，左活动架设置在左从动轮的外侧并相互配合联动，右活动架设置在右从动齿轮的外侧并相互配合联动，左活动架的外侧设置主断路器，右活动架的外侧设置副断路器，主动轮的外圆周具有齿轮区和圆弧区，左从动轮的外圆周具有左传动齿区和左限位弧，右从动轮的外圆周具有右传动齿区和右限位弧，圆弧区与左限位弧、右限位弧的弧形相匹配，左齿条和左传动齿区配合联动，右齿条和右传动齿区配合联动，主动轮旋转带动左从动轮或右从动轮旋转，分别联动的左活动架和右活动架上下交替运动实现主断路器和副断路器的分合闸转换；当主动轮旋转带动左从动轮旋转即齿轮区与左从动轮的左传动齿区配合时，圆弧区与右从动轮的右限位弧配合限制右从动轮转动；当主动轮旋转带动右从动轮旋转即齿轮区与右从动轮的右传动齿区配合时，圆弧区与左从动轮的左限位弧配合限制左从动轮转动。
作为一种改进，左活动架和右活动架还包括有上架、下架、设置在上架与下架之间的两排转轴和设置在相对左齿条或右齿条另一侧的U形槽，双电路切换开关还包括有安装架，安装架上在左活动架和右活动架所在位置各设置有一根矩形杆，两排转轴之间夹设矩形杆进行配合，U形槽与主断路器、副断路器上的开关配合设置。
作为一种改进，左螺旋杆和右螺旋杆的螺纹高度为35mm，螺距1.5mm，牙型为等腰三角形，牙型角为30度，为单线螺纹。
作为一种改进，螺旋套的螺纹高度为35mm，螺距1.5mm，牙型为等腰三角形，牙型角为30度，为单线螺纹。
本发明的有益效果：采用X射线检测器的实时成像检测技术，良好的检测小管径管道中焊缝的无损探伤；采用多种传感器，对管道内部环境与机器人的运行环境进行检测监控，达到良好的控制和检测效果；设置红外摄像机记录管道内的情况，便于实时或者后期对管道的维护；采用履带式的行动足，具有牵引力大，抓地性好，适应地面环境能力强的特点，同等条件下，与其他移动方式相比可以跨越更多的障碍；两个履带足由单独的步进电机驱动，一方面简化了传动机构使机构更加紧凑，便于设置调整机构，另一方面分别控制两个履带足的速度，直线行走时保持两个步进电机速度相同，需要进行转弯时或者机器人在管道中出现倾斜时的使两个步进电机产生速度差，完成转弯或者调整机器人至正常行走；采用调整机构可以根据管道大小的不同调整机器人两履带足的夹角，使履带足紧贴管道的内壁，使机器人在管道中行走更稳定，且调整了机器人整体的高度和宽度，适应不同管道管径的行进，适应性更好；采用充电电池供电，可避免机器人拖缆线，减轻机器人的重量，减轻机器人在管道内部运动的阻力，使机器人可以移动更长的距离进行检测；采用双充电电池的设计，配合双电路切换开关进行切换，保证了供电的可靠性，避免了单电池故障机器人无法回收带来的麻烦。
附图说明
图1是本发明自适应管道探测机器人的结构示意图1。
图2是本发明自适应管道探测机器人的结构示意图2。
图3是本发明的双电路切换开关的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
如图1、2、3所示，为本发明自适应管道探测机器人的具体实施例。该实施例包括履带足1、调整机构2、X射线检测器3、传感器组4、红外摄像机5、步进电机6、充电电池7和双电路切换开关8，调整机构2包括平台架21、连接架22、左螺旋杆23、右螺旋杆24和螺旋套25，连接架22可旋转的设置在平台架21两侧的下部，连接架22的长度可调节，两侧的连接架22的下端可旋转的分别设置一个履带足1，两侧的连接架22的中部分别可旋转的设置左螺旋杆23和右螺旋杆24，左螺旋杆23和右螺旋杆24的螺纹旋向相反，螺旋套25设置在左螺旋杆23与右螺旋杆24之间并与两者旋转配合，螺旋套25可旋转旋出或旋进左螺旋杆23与右螺旋杆24，进而调整两侧连接架22的角度；履带足1包括履带支撑架11、设置在履带支撑架11上的多个履带轮12和设置在履带轮12上的履带13，履带13上具有截面为等腰梯形的履齿，步进电机6为两个并分别设置在一侧的履带支撑架11中连接一侧的履带足1；平台架21上设置X射线检测器3、传感器组4、红外摄像机5、充电电池7和双电路切换开关8，传感器组4包括气体传感器41、测距传感器42和倾斜传感器43，测距传感器42为多个并设置在平台架21的周边；充电电池7分主副两组，双电路切换开关8包括调节机构81、主断路器82和副断路器83，主断路器82和副断路器83设置在调节机构81的两侧并由调节机构81进行主断路器82和副断路器83的切换，主断路器82与主的充电电池7连接，副断路器83与副的充电电池7连接，主副两组的充电电池7分别连接调整机构2、X射线检测器3、传感器组4、红外摄像机5、步进电机6。
本发明采用X射线检测器3的实时成像检测技术，良好的检测小管径管道中焊缝的无损探伤。采用传感器组4，气体传感器41对管道内部环境的气体情况进行检测，测距传感器42和倾斜传感器43对机器人的活动情况进行检测监控，对机器人进行更好的控制和检测。设置红外摄像机5记录管道内的情况，便于实时或者后期对管道的维护。采用履带式的行动足，具有牵引力大，抓地性好，适应地面环境能力强的特点，同等条件下，与其他移动方式相比可以跨越更多的障碍。履带13上具有截面为等腰梯形的履齿，不易打滑牵引附着性能好，有利于发挥较大的牵引力。两个履带足1由单独的步进电机6驱动，一方面简化了传动机构使机构更加紧凑，便于设置调整机构2，另一方面分别控制两个履带足1的速度。保持两个步进电机6速度相同时两个履带足1同步直线行走；当一侧步进电机6速度加快，该侧履带足1行动加快，机器人即可向另一侧转向，从而达到转弯的目的，且过弯能力好；当机器人在直线管道中出现倾斜时，也可通过调整两个步进电机6的速度从而改变履带足1的速度，慢慢将机器人调整至无倾斜的正常行走状态，避免机器人倾覆。采用调整机构2可以根据管道大小的不同调整机器人两履带足1的夹角，主要由左螺旋杆23、右螺旋杆24和螺旋套25实现对两个连接架22的角度进行控制，旋转螺旋套25，可以将左螺旋杆23和右螺旋杆24同步旋出或者旋进，从而增大或者减小两个连接架22之间的夹角，使履带足1紧贴管道的内壁，使机器人在管道中行走更稳定；平台架21与连接架22、连接架22与左右螺旋杆、连接架22与履带足1均采用可旋转的设置，使几个部件间相对活动改变调整机构2的形状，将连接架22设计成长度可调节的结构，配合调整机构2的整体调节变形，可调整机器人整体的高度和宽度，适应不同管道管径的行进，适应性更好。采用充电电池7供电，可避免机器人拖缆线，减轻机器人的重量，减轻机器人在管道内部运动的阻力，使机器人可以移动更长的距离进行检测；采用双充电电池7的设计，配合双电路切换开关8进行切换，保证了供电的可靠性，避免了单电池故障机器人无法回收带来的麻烦。当主充电电池7出现故障时双电路切换开关8中的调节机构81将主断路器82分闸，对副断路器83合闸，从而使副充电电池7进行供电，保证机器人的双重供电，不影响机器人的持续使用。
作为一种改进的具体实施方式，调节机构81包括主动轮8-1、左从动轮8-2、右从动轮8-3、左活动架8-4和右活动架8-5，主动轮8-1连接电机8-6，左从动轮8-2和右从动轮8-3分别位于主动轮8-1的两侧，左活动架8-4和右活动架8-5的侧边分别具有左齿条8-7和右齿条8-8，左活动架8-4设置在左从动轮8-2的外侧并相互配合联动，右活动架8-5设置在右从动齿轮8-2的外侧并相互配合联动，左活动架8-4的外侧设置主断路器82，右活动架8-5的外侧设置副断路器83，主动轮8-1的外圆周具有齿轮区8-11和圆弧区8-12，左从动轮8-2的外圆周具有左传动齿区8-21和左限位弧8-22，右从动轮8-3的外圆周具有右传动齿区8-31和右限位弧8-32，圆弧区8-12与左限位弧8-22、右限位弧8-32的弧形相匹配，左齿条8-7和左传动齿区8-21配合联动，右齿条8-8和右传动齿区8-31配合联动，主动轮8-1旋转带动左从动轮8-2或右从动轮8-3旋转，分别联动的左活动架8-4和右活动架8-5上下交替运动实现主断路器82和副断路器83的分合闸转换；当主动轮8-1旋转带动左从动轮8-2旋转即齿轮区8-11与左从动轮8-2的左传动齿区8-21配合时，圆弧区8-12与右从动轮8-3的右限位弧8-32配合限制右从动轮8-3转动；当主动轮8-1旋转带动右从动轮8-3旋转即齿轮区8-11与右从动轮8-3的右传动齿区8-31配合时，圆弧区8-12与左从动轮8-2的左限位弧8-22配合限制左从动轮8-2转动。将三个齿轮的转轴设置在一条线上，令三个齿轮紧密配合，所占的空间较小；如图3所示，当主动轮8-1处于中间位置时，齿轮区8-11和圆弧区8-12位置相对称，齿轮区8-11和圆弧区8-12的左交界相对应的处在左传动齿区8-21和左限位弧8-22的交界处，右交界相对应的处在右传动齿区8-31和右限位弧8-32的交界处，双电路切换开关8处于两侧都分闸的状态；当中间位置的主动轮8-1顺时针旋转，齿轮区8-11和右传动齿区8-31配合联动，同时圆弧区8-12和左限位弧8-22配合限制左从动轮8-2转动，右传动齿区8-31带动右齿条8-8向上活动，即右活动架8-5向上活动带动副断路器83合闸，而左侧主断路器82处于分闸，并因圆弧区8-12和左限位弧8-22的限制作用，左从动轮8-2要强行转动时，不管向哪侧转动，左限位弧8-22的两边会与圆弧区8-12的圆弧相卡，从而限制其转动，左侧的机构因上述的限制作用卡住主断路器82无法强行合闸，保证了两侧断路器无法同时合闸，确保供电安全，避免事故的发生，保证供电场所的人身安全。当中间位置的主动轮8-1逆时针旋转，齿轮区8-11和左传动齿区8-21配合联动，同时圆弧区8-12和右限位弧8-32配合限制右从动轮8-3转动，左传动齿区8-21带动左齿条8-7向上活动，即左活动架8-4向上活动带动主断路器82合闸，而右侧副断路器83处于分闸，并因圆弧区8-12和右限位弧8-32的限制作用，右从动轮8-3要强行转动时，不管向哪侧转动，右限位弧8-32的两边会与圆弧区8-12的圆弧相卡，从而限制其转动，右侧的机构因上述的限制作用卡住副断路器83无法强行合闸，保证了两侧断路器无法同时合闸。另一方面，采用直接设置在齿轮上的限制结构减少了零件数量，不像之前的锁止结构零件繁多，结构复杂，占用很大空间；本发明做到结构小巧，仅齿轮和活动架的简单结构可以制造的轻薄，减小双电路切换开关8的体积；齿轮和齿条的紧密配合使活动架的行程更短，进一步减小体积；双电路切换开关8若出现同时合闸轻则烧坏电源，重则会产生重大的事故，机器人在管道中若产生电路故障产生火花等情况，会出现爆炸等严重的事故，因此上述不可同时合闸的机构设计使机器人可持续工作，保障机器人供电安全，避免事故的发生。
作为一种改进的具体实施方式，左活动架8-4和右活动架8-5还包括有上架8-41、下架8-42、设置在上架8-41与下架8-42之间的两排转轴8-43和设置在相对左齿条8-7或右齿条8-8另一侧的U形槽8-44，双电路切换开关8还包括有安装架84，安装架84上在左活动架8-4和右活动架8-5所在位置各设置有一根矩形杆841，两排转轴8-43之间夹设矩形杆841进行配合，U形槽8-44与主断路器82、副断路器83上的开关配合设置。上架8-41与下架8-42的结构使左活动架8-4和右活动架8-5可制造的轻薄，减小双电路切换开关8的体积；一根矩形杆841的设计保证活动架固定和活动的平稳，且结构更小，两排转轴8-43的结构良好的与矩形杆841保证活动架活动的稳定和顺畅；U形槽8-44拨动主断路器82、副断路器83上的开关，结构简单，便于制造，且可以适应不同型号的断路器。
作为一种改进的具体实施方式，左螺旋杆23和右螺旋杆24的螺纹高度为35mm，螺距1.5mm，牙型为等腰三角形，牙型角为30度，为单线螺纹；螺旋套25的螺纹高度为35mm，螺距1.5mm，牙型为等腰三角形，牙型角为30度，为单线螺纹。本发明机器人的调整机构2采用以上螺纹规格的左螺旋杆23、右螺旋杆24、螺旋套25，以上螺纹的设置如单线螺纹使螺纹整体接触配合更紧密，等腰三角形的牙型利于相对的牙与牙更好的受力，一方面使三者配合旋转良好，另一方面在不旋转时三者配合受力均匀，良好的支撑两侧的连接架22的拉力，良好的支撑上方平台架21及设置在其上的各部件的压力。

Claims (5)

1.一种自适应管道探测机器人，其特征在于：包括履带足(1)、调整机构(2)、X射线检测器(3)、传感器组(4)、红外摄像机(5)、步进电机(6)、充电电池(7)和双电路切换开关(8)，所述调整机构(2)包括平台架(21)、连接架(22)、左螺旋杆(23)、右螺旋杆(24)和螺旋套(25)，所述连接架(22)可旋转的设置在平台架(21)两侧的下部，所述连接架(22)的长度可调节，所述两侧的连接架(22)的下端可旋转的分别设置一个履带足(1)，两侧的连接架(22)的中部分别可旋转的设置左螺旋杆(23)和右螺旋杆(24)，所述左螺旋杆(23)和右螺旋杆(24)的螺纹旋向相反，所述螺旋套(25)设置在左螺旋杆(23)与右螺旋杆(24)之间并与两者旋转配合，所述螺旋套(25)可旋转旋出或旋进左螺旋杆(23)与右螺旋杆(24)，进而调整两侧连接架(22)的角度；所述履带足(1)包括履带支撑架(11)、设置在履带支撑架(11)上的多个履带轮(12)和设置在履带轮(12)上的履带(13)，所述履带(13)上具有截面为等腰梯形的履齿，所述步进电机(6)为两个并分别设置在一侧的履带支撑架(11)中连接一侧的履带足(1)；所述平台架(21)上设置X射线检测器(3)、传感器组(4)、红外摄像机(5)、充电电池(7)和双电路切换开关(8)，所述传感器组(4)包括气体传感器(41)、测距传感器(42)和倾斜传感器(43)，所述测距传感器(42)为多个并设置在平台架(21)的周边；所述充电电池(7)分主副两组，所述双电路切换开关(8)包括调节机构(81)、主断路器(82)和副断路器(83)，所述主断路器(82)和副断路器(83)设置在调节机构(81)的两侧并由调节机构(81)进行主断路器(82)和副断路器(83)的切换，所述主断路器(82)与主的充电电池(7)连接，所述副断路器(83)与副的充电电池(7)连接，所述主副两组的充电电池(7)分别连接调整机构(2)、X射线检测器(3)、传感器组(4)、红外摄像机(5)、步进电机(6)。
2.根据权利要求1所述的一种自适应管道探测机器人，其特征在于：所述调节机构(81)包括主动轮(8-1)、左从动轮(8-2)、右从动轮(8-3)、左活动架(8-4)和右活动架(8-5)，所述主动轮(8-1)连接电机(8-6)，所述左从动轮(8-2)和右从动轮(8-3)分别位于主动轮(8-1)的两侧，所述左活动架(8-4)和右活动架(8-5)的侧边分别具有左齿条(8-7)和右齿条(8-8)，所述左活动架(8-4)设置在左从动轮(8-2)的外侧并相互配合联动，所述右活动架(8-5)设置在右从动齿轮(8-2)的外侧并相互配合联动，所述左活动架(8-4)的外侧设置主断路器(82)，所述右活动架(8-5)的外侧设置副断路器(83)，所述主动轮(8-1)的外圆周具有齿轮区(8-11)和圆弧区(8-12)，所述左从动轮(8-2)的外圆周具有左传动齿区(8-21)和左限位弧(8-22)，所述右从动轮(8-3)的外圆周具有右传动齿区(8-31)和右限位弧(8-32)，所述圆弧区(8-12)与左限位弧(8-22)、右限位弧(8-32)的弧形相匹配，所述左齿条(8-7)和左传动齿区(8-21)配合联动，所述右齿条(8-8)和右传动齿区(8-31)配合联动，所述主动轮(8-1)旋转带动左从动轮(8-2)或右从动轮(8-3)旋转，分别联动的左活动架(8-4)和右活动架(8-5)上下交替运动实现主断路器(82)和副断路器(83)的分合闸转换；当所述主动轮(8-1)旋转带动左从动轮(8-2)旋转即齿轮区(8-11)与左从动轮(8-2)的左传动齿区(8-21)配合时，圆弧区(8-12)与右从动轮(8-3)的右限位弧(8-32)配合限制右从动轮(8-3)转动；当所述主动轮(8-1)旋转带动右从动轮(8-3)旋转即齿轮区(8-11)与右从动轮(8-3)的右传动齿区(8-31)配合时，圆弧区(8-12)与左从动轮(8-2)的左限位弧(8-22)配合限制左从动轮(8-2)转动。
3.根据权利要求2所述的一种自适应管道探测机器人，其特征在于：所述左活动架(8-4)和右活动架(8-5)还包括有上架(8-41)、下架(8-42)、设置在上架(8-41)与下架(8-42)之间的两排转轴(8-43)和设置在相对左齿条(8-7)或右齿条(8-8)另一侧的U形槽(8-44)，所述双电路切换开关(8)还包括有安装架(84)，所述安装架(84)上在左活动架(8-4)和右活动架(8-5)所在位置各设置有一根矩形杆(841)，所述两排转轴(8-43)之间夹设矩形杆(841)进行配合，所述U形槽(8-44)与主断路器(82)、副断路器(83)上的开关配合设置。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种自适应管道探测机器人，其特征在于：所述左螺旋杆(23)和右螺旋杆(24)的螺纹高度为35mm，螺距1.5mm，牙型为等腰三角形，牙型角为30度，为单线螺纹。
5.根据权利要求4所述的一种自适应管道探测机器人，其特征在于：所述螺旋套(25)的螺纹高度为35mm，螺距1.5mm，牙型为等腰三角形，牙型角为30度，为单线螺纹。
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