CN107748203A - 一种智能自循迹焊缝探伤机器人 - Google Patents
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Abstract
一种智能自循迹焊缝探伤机器人，包括驱动系统、吸附系统、控制系统、供电系统、伸缩检测系统、数据传输系统、照明系统、喷涂系统、探伤系统以及循迹系统，驱动系统采用轮式移动方式和磁吸附方式相结合，控制方便，转弯灵活，吸附力大；车体前端设有摄像头和照明装置，便于操作者观察与操作；顶部设有机械臂装置，可对弯头等特殊区域进行检测；太阳能则可提高机体续航能力；各类传感器在机体工作时可对机体周围环境进行实时监测，如有特殊情况，立即报警；喷涂系统则可对缺陷区域进行标记，提高效率与精度；循迹系统则可免除人工操作，降低检测误差，提高效率，体现智能化。最终可使机器安全，稳定，高效地在压力容器壁面上工作。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种智能自循迹焊缝探伤机器人。
背景技术
压力容器是机械制造过程中所涉及的一个常见且重要的大型设备，由于压力容器常会受到内部压力的作用，以及外部雨水和油品的腐蚀，往往会在容器壁焊缝处产生裂纹，孔洞，变形等缺陷。人工探伤效率低，危险性高，所以衍生出了爬壁探伤机器人，而传统的爬壁探伤机器人需要人工操作，一方面造成了人力浪费，另一方面人工控制检测难免会造成误差。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种智能自循迹焊缝探伤机器人，采用轮式移动方式和磁吸附方式相结合，控制方便，转弯灵活，吸附力大；车体前端设有摄像头和照明装置，便于操作者观察与操作；顶部设有机械臂装置，可对弯头等特殊区域进行检测；太阳能则可提高机体续航能力；各类传感器在机体工作时可对机体周围环境进行实时监测，如有特殊情况，立即报警；喷涂系统则可对缺陷区域进行标记，提高效率与精度；循迹系统则可免除人工操作，降低检测误差，提高效率，体现智能化。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种智能自循迹焊缝探伤机器人，包括驱动系统、吸附系统、控制系统、供电系统、伸缩检测系统、数据传输系统、照明系统、喷涂系统、探伤系统以及循迹系统。
所述的驱动系统，位于机器人车体内部，由4个DC直流减速电机组成，最大负载30KG，主要用于提供机器行走的动力，检测速率2.5m/min。
所述吸附系统，采用永磁吸附为主，电磁吸附为辅的吸附方式，所述永磁吸附，即在四个轮子与壁面接触面周围放置一圈单个可负载2KG的钕铁硼永磁铁，以及在机器底部放置6个平均分布的单个可负载10KG的永磁铁；所述电磁吸附，即在4个轮子内部缠绕满均匀分布的线圈，随后用直流电源对其进行通电，根据奥斯特的电流的磁效应原理即电生磁原理，在轮子周围会形成一定强度的磁场，辅助机器吸附在壁面上。
所述控制系统，位于机器人车体内部与上部，包括STC89C51型单片机、无线收发模块、继电器、电源转换模块、两块电机驱动板，通过计算机编程技术写好程序并导入至单片机芯片以实现智能控制；无所述线收发模块和继电器相互配合以实现人工控制；所述电机驱动板用于驱动电机工作；所述电源转换模块用于将12V电压转换至单片机所使用的5V电。
所述供电系统，位于机器人车体中部，由3块12V 7000mah的锂电池(以下简称锂电池)、2块1200mah 30C的航空电池(以下简称航空电池)和2块 12V 10W的太阳能板共同供电。所述3块锂电池，1块为单片机、1块电机驱动板、灯珠以及横扫机构供电；1块为2个电机、喷涂系统和6口继电器供电；1 块为剩余2个电机和1块电机驱动板供电。所述航空电池，1块为机械臂供电； 1块为ZigBee数据远传系统，图像传输模块供电。太阳能电池板则在机器工作时对锂电池进行充电，提高机器的续航能力。
所述伸缩检测系统，位于机器人车体顶部，采用6自由度，内设金属舵机的机械臂结构，可用其夹带超声波探头对难以到达的区域进行检测。
所述数据传输系统，采用5.8G图传接收模块和ZigBee数据传输模块，所述图传接收模块，用其将车体前端摄像头的影像资料传输至移动设备，移动设备包括电脑或手机；所述数据传输模块，用其将车体搭载的各类传感器包括温湿度传感器、气体传感器、火焰传感器以及超声波检测数据传输至移动设备。
所述照明系统，采用2个3W聚光灯和6个3W的小灯珠，所述聚光灯，位于车体前端，用来在光线暗淡的区域向摄像头提供视野；所述小灯珠，位于车体周围，照亮车体周围区域的同时方便操作者进行观察与操作。
所述喷涂系统，位于车体后端，由耦合剂和喷涂液两部分组成，车体正常工作时，则由水泵抽取耦合剂配合超声波检测仪对壁面进行探伤；当探伤模块探测到缺陷信号时，水泵抽取喷涂液对缺陷区域进行喷涂标记，提高检测精度与检测效率。
所述探伤系统，由往复式区域横扫模块、超声波探伤模块和上位机界面组成，所述往复式区域横扫模块，位于车体前端，扫描范围300mm，扫描速率250mm/s 其上可夹带超声波探头；所述超声波探伤模块，即为超声波换能器，其可放置在往复式区域横扫模块之上，随着横扫机构可对壁面进行探测；所述上位机界面，即超声波换能器所接受的信号通过5.4G无线传输至远端上位机界面，通过显示在上位机界面上的波形进行判断是否有缺陷。
所述循迹系统，由两侧挡板，滑轨以及光电传感器组成。当机体正常工作时，两侧挡板夹着焊缝直行，当焊缝发生左偏移时，焊缝会驱使挡板沿着滑轨向右移动，进而触发光电传感器发出信号，通过控制系统对两侧电机进行调速，左侧电机速度减小，右侧电机速度加快，以达到向左转向的目的；当焊缝发生右偏移时，焊缝会驱使挡板沿着滑轨向左右移动，进而触发光电传感器发出信号，通过控制系统对两侧电机进行调速，右侧电机速度减小，左侧电机速度加快，以达到向右转向的目的。
与现有技术相比，本发明的显著益处为：采用轮式移动方式和磁吸附方式相结合，控制方便，转弯灵活，吸附力大；车体前端设有摄像头和照明装置，便于操作者观察与操作；顶部设有机械臂装置，可对弯头等特殊区域进行检测；太阳能则可提高机体续航能力；各类传感器在机体工作时可对机体周围环境进行实时监测，如有特殊情况，立即报警；喷涂系统则可对缺陷区域进行标记，提高效率与精度；循迹系统则可免除人工操作，降低检测误差，提高效率，体现智能化。最终可使机器安全，稳定，高效地在压力容器壁面上工作。
附图说明
图1是智能自循迹焊缝探伤机器人的正三轴测视图
图2是智能自循迹焊缝探伤机器人的前视图
图3是智能自循迹焊缝探伤机器人的侧视图
图4是智能自循迹焊缝探伤机器人的俯视图
图5是智能自循迹焊缝探伤机器人的仰视图
图6是智能自循迹焊缝探伤机器人的上部剖视图
图7是智能自循迹焊缝探伤机器人的内部剖视图
图8是智能自循迹焊缝探伤机器人的智能逻辑控制图
图中：1-伸缩检测系统，2-太阳能板，3-锂电池，4-锂电池，5-锂电池， 6-航空电池，7-航空电池，8-无线收发模块，9-继电器，10-烟雾传感器，11- 温湿度传感器，12-图像传输模块，13-ZigBee数据传输模块，14-喷涂系统，15- 小灯珠，16-聚光灯，17-左侧电机，18-右侧电机，19-单片机，20-电机驱动板， 21-电机驱动板，22-电源转换模块，23-小型永磁铁，24-大型永磁铁，25-横扫机构，26-超声波探头，27-弹簧，28-左侧光电传感器，29-滑轨，30-挡板，31- 焊缝夹，32-右侧光电传感器、33-A连接板、34-B连接板、35-连接杆、36-支撑连接块。
具体实施方式
下面将结合本发明中实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参照图1，一种智能自循迹焊缝探伤机器人，包括驱动系统、吸附系统、控制系统、供电系统、伸缩检测系统、数据传输系统、照明系统、喷涂系统、探伤系统以及循迹系统。
所述的驱动系统，位于机器人车体内部，由4个DC直流减速电机组成，最大负载30KG，主要用于提供机器行走的动力，检测速率2.5m/min。
所述吸附系统，采用永磁吸附为主，电磁吸附为辅的吸附方式，所述永磁吸附，即在四个轮子与壁面接触面周围放置一圈单个可负载2KG的钕铁硼永磁铁，以及在机器底部放置6个平均分布的单个可负载10KG的永磁铁；所述电磁吸附，即在4个轮子内部缠绕满均匀分布的线圈，随后用直流电源对其进行通电，根据奥斯特的电流的磁效应原理即电生磁原理，在轮子周围会形成一定强度的磁场，辅助机器吸附在壁面上。
参照附图2和附图5，轮子四周均匀铺满小型永磁铁23，车体底部设有大型永磁铁24；
所述控制系统，位于机器人车体内部与上部，包括STC89C51型单片机、无线收发模块、继电器、电源转换模块、两块电机驱动板，通过计算机编程技术写好程序并导入至单片机芯片以实现智能控制；无所述线收发模块和继电器相互配合以实现人工控制；所述电机驱动板用于驱动电机工作；所述电源转换模块用于将12V电压转换至单片机所使用的5V电。左侧电机17，右侧电机18分别与电机驱动板20，电机驱动板21相连接，同时和单片机19连接以实现智能控制；左侧电机17，右侧电机18分别与电机驱动板20，电机驱动板21相连接，同时和继电器9连接，通过无线收发模块8以实现手动控制；
所述供电系统，位于机器人车体中部，由3块12V 7000mah的锂电池(以下简称锂电池)、2块1200mah 30C的航空电池(以下简称航空电池)和2块 12V 10W的太阳能板共同供电。所述3块锂电池，参照图4和图6锂电池 3，锂电池4，锂电池5，锂电池4为单片机、1块电机驱动板、灯珠以及横扫机构供电；锂电池3为2个电机、喷涂系统和6口继电器供电；锂电池5为剩余2 个电机和1块电机驱动板供电。所述航空电池，航空电池6为机械臂供电；航空电池7为ZigBee数据远传系统，图像传输模块供电。太阳能电池板则在机器工作时对锂电池进行充电，提高机器的续航能力。
所述伸缩检测系统，位于机器人车体顶部，参照图1，伸缩检测系统1 采用6自由度，内设金属舵机的机械臂结构，可用其夹带超声波探头对难以到达的区域进行检测。
所述数据传输系统，采用5.8G图传接收模块和ZigBee数据传输模块，所述图传接收模块，用其将车体前端摄像头的影像资料传输至移动设备，移动设备包括电脑或手机；所述数据传输模块，用其将车体搭载的各类传感器包括温湿度传感器、气体传感器、火焰传感器以及超声波检测数据传输至移动设备。
参照附图6和附图3，烟雾传感器10，温湿度传感器11，超声波探头26通过ZigBee数据传输模块13将数据传输移动设备；前端设有图像传输模块12；
所述照明系统，采用2个3W聚光灯和6个3W的小灯珠，所述聚光灯，位于车体前端，用来在光线暗淡的区域向摄像头提供视野；所述小灯珠，位于车体周围，照亮车体周围区域的同时方便操作者进行观察与操作。
所述喷涂系统，位于车体后端，由耦合剂和喷涂液两部分组成，车体正常工作时，则由水泵抽取耦合剂配合超声波检测仪对壁面进行探伤；当探伤模块探测到缺陷信号时，水泵抽取喷涂液对缺陷区域进行喷涂标记，提高检测精度与检测效率。
参照图6，所述的喷涂系统14与继电器9相连接，由无线收发模块8 发出信号，通过遥控器控制；
所述探伤系统，由往复式区域横扫模块、超声波探伤模块和上位机界面组成，所述往复式区域横扫模块，位于车体前端，扫描范围300mm，扫描速率250mm/s 其上可夹带超声波探头；所述超声波探伤模块，即为超声波换能器，其可放置在往复式区域横扫模块之上，随着横扫机构可对壁面进行探测；所述上位机界面，即超声波换能器所接收的信号通过5.4G无线传输至远端上位机界面，通过显示在上位机界面上的波形进行判断是否有缺陷。
参照图3和图6，所述的超声波探伤模块包括超声波探头26与横扫机构25 相连接，超声波探头26所接收的信号由无线收发模块8发出信号至远端上位机界面，通过显示在上位机界面上的波形进行判断是否有缺陷。
所述循迹系统，由两侧挡板，滑轨以及光电传感器等组成。当机体正常工作时，两侧挡板夹着焊缝直行，当焊缝发生左偏移时，焊缝会驱使挡板沿着滑轨向右移动，进而触发光电传感器发出信号，通过控制系统对两侧电机进行调速，左侧电机速度减小，右侧电机速度加快，以达到向左转向的目的；当焊缝发生右偏移时，焊缝会驱使挡板沿着滑轨向左右移动，进而触发光电传感器发出信号，通过控制系统对两侧电机进行调速，右侧电机速度减小，左侧电机速度加快，以达到向右转向的目的。
参照图2和图5，所述的循迹系统包括A连接板33、B连接板34，连接杆35，支撑连接块36，左侧光电传感器28、右侧光电传感器32、挡板30、滑轨29、焊缝夹31和弹簧27，A连接板33与车体前端以及连接杆35相连接，将循迹装置和车体连为一体，A连接板33与B连接板34连接，两者相互固定，连接杆35与支撑连接块36相连，滑轨29位于支撑连接块36底部且与支撑连接块36相连，滑轨29与挡板30相连接，随着滑轨29可左右滑动，焊缝夹31 位于挡板30底部与挡板30相连，左侧光电传感器28、右侧光电传感器32和与支撑连接块36相连，位于支撑连接块36中前方并分别距挡板30两端2mm。
本发明的工作原理：
参照图1-图8，在使用时，轮子四周的小型永磁铁23以及车体底部的大型永磁铁24配合轮子内部缠绕的线圈，使车体可以安全地吸附在压力容器壁面上，首先通过遥控器发出信号，由无线收发模块8接收信号，人工控制机体在压力容器壁面上行走，同时车体前端的图像传输模块12工作，将车体前端的影像传输至匹配的移动设备上，当出现焊缝时，焊缝夹31会夹着焊缝，此时智能控制开始工作，同时横扫机构25开启，超声波探头26随着横扫机构25来回对焊缝区域进行往复式检测，当焊缝向左偏移时，会驱使挡板30沿着滑轨29向右移动，进而触发右侧光电传感器32发出信号，由单片机19通过电机驱动板20降低左侧电机17的速度，通过电机驱动板21增加右侧电机18的速度，达到向左转向的目的，当焊缝向右偏移时，会驱使挡板30沿着滑轨29向左移动，进而触发左侧光电传感器28发出信号，由单片机19通过电机驱动板21降低右侧电机18的速度，通过电机驱动板20增加左侧电机17的速度，达到向右转向的目的，弹簧27可自适应壁面的高度，聚光灯16和小灯珠15可根据光线的强弱而启动，伸缩检测装置1可夹带超声波探头26对弯头等复杂区域进行检测，超声波检测到的信号可通过无线收发模块8传输至外置示波器中，若检测到缺陷时，喷涂系统14立即在缺陷区域进行标记，在整个机体工作的同时，烟雾传感器10，温湿度传感器11对机体周围的环境进行实时监测，若有特殊情况时，可通过 ZigBee数据传输模块13传输至匹配移动设备并使用蜂鸣器报警。
Claims (3)
1.一种智能自循迹焊缝探伤机器人，包括驱动系统、吸附系统、控制系统、供电系统、伸缩检测系统、数据传输系统、照明系统、喷涂系统、探伤系统以及循迹系统其特征在于，
所述的驱动系统，位于机器人车体内部，由4个DC直流减速电机组成，最大负载30KG，主要用于提供机器行走的动力，检测速率2.5m/min；
所述吸附系统，采用永磁吸附为主，电磁吸附为辅的吸附方式，所述永磁吸附，即在四个轮子与壁面接触面周围放置一圈单个可负载2KG的钕铁硼永磁铁，以及在机器底部放置6个平均分布的单个可负载10KG的永磁铁；所述电磁吸附，即在4个轮子内部缠绕满均匀分布的线圈，随后用直流电源对其进行通电，根据奥斯特的电流的磁效应原理即电生磁原理，在轮子周围会形成一定强度的磁场，辅助机器吸附在壁面上；
所述控制系统，位于机器人车体内部与上部，包括STC89C51型单片机、无线收发模块、继电器、电源转换模块、两块电机驱动板，通过计算机编程技术写好程序并导入至单片机芯片以实现智能控制；无所述线收发模块和继电器相互配合以实现人工控制；所述电机驱动板用于驱动电机工作；所述电源转换模块用于将12V电压转换至单片机所使用的5V电；
所述供电系统，位于机器人车体中部，由3块12V 7000mah的锂电池、2块1200mah 30C的航空电池和2块12V 10W的太阳能板共同供电；
所述伸缩检测系统，位于机器人车体顶部，采用6自由度，内设金属舵机的机械臂结构，可用其夹带超声波探头对难以到达的区域进行检测；
所述数据传输系统，采用5.8G图传接收模块和ZigBee数据传输模块，所述图传接收模块，用其将车体前端摄像头的影像资料传输至移动设备，移动设备包括电脑或手机；所述数据传输模块，用其将车体搭载的各类传感器包括温湿度传感器、气体传感器、火焰传感器以及超声波检测数据传输至移动设备；
所述照明系统，采用2个3W聚光灯和6个3W的小灯珠，所述聚光灯，位于车体前端，用来在光线暗淡的区域向摄像头提供视野；所述小灯珠，位于车体周围，照亮车体周围区域的同时方便操作者进行观察与操作。
所述喷涂系统，位于车体后端，由耦合剂和喷涂液两部分组成，车体正常工作时，则由水泵抽取耦合剂配合超声波检测仪对壁面进行探伤；当探伤模块探测到缺陷信号时，水泵抽取喷涂液对缺陷区域进行喷涂标记，提高检测精度与检测效率。
所述探伤系统，由往复式区域横扫模块、超声波探伤模块和上位机界面组成，所述往复式区域横扫模块，位于车体前端，扫描范围300mm，扫描速率250mm/s其上可夹带超声波探头；所述超声波探伤模块，即为超声波换能器，其可放置在往复式区域横扫模块之上，随着横扫机构可对壁面进行探测；所述上位机界面，即超声波换能器所接受的信号通过5.4G无线传输至远端上位机界面，通过显示在上位机界面上的波形进行判断是否有缺陷；
所述循迹系统，由两侧挡板，滑轨以及光电传感器组成。
2.根据权利要求1所述的一种智能自循迹焊缝探伤机器人，其特征在于，
所述循迹系统，由两侧挡板，滑轨以及光电传感器组成，当机体正常工作时，两侧挡板夹着焊缝直行，当焊缝发生左偏移时，焊缝会驱使挡板沿着滑轨向右移动，进而触发光电传感器发出信号，通过控制系统对两侧电机进行调速，左侧电机速度减小，右侧电机速度加快，以达到向左转向的目的；当焊缝发生右偏移时，焊缝会驱使挡板沿着滑轨向左右移动，进而触发光电传感器发出信号，通过控制系统对两侧电机进行调速，右侧电机速度减小，左侧电机速度加快，以达到向右转向的目的。
3.根据权利要求1所述的一种智能自循迹焊缝探伤机器人，其特征在于，
所述的循迹系统包括A连接板(33)、B连接板(34)，连接杆(35)，支撑连接块(36)，左侧光电传感器(28)、右侧光电传感器(32)、挡板(30)、滑轨(29)、焊缝夹(31)和弹簧(27)，A连接板(33)与车体前端以及连接杆(35)相连接，A连接板(33)与B连接板(34)连接，连接杆(35)与支撑连接块(36)相连，滑轨(29)位于支撑连接块(36)底部且与支撑连接块(36)相连，滑轨(29)与挡板(30)相连接，焊缝夹(31)位于挡板(30)底部与挡板(30)相连，左侧光电传感器(28)、右侧光电传感器(32)和与支撑连接块(36)相连，位于支撑连接块(36)中前方并分别距挡板(30)两端2mm。
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