CN108682132B - 燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统及通讯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统及通讯方法，无线通讯系统包括天线组件、中继器组件和中继器放收装置；天线组件固定于燃气管道上并伸入燃气管道内部，中继器组件至少设有一组，中继器放收装置与机器人连接并用于沿燃气管道放收中继器组件；天线组件、中继器组件和机器人之间通过波长小于3.41r的无线信号通讯连接，r表示燃气管道的半径。其具有结构简单、成本低廉、使用方便、安全可靠的优点，解决了自动力无缆检测机器人因管道屏蔽无线信号无法实现长距离内检测作业的问题。通讯方法具有容易实现、控制方便、通讯可靠的优点。

Description

燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统及通讯方法
技术领域
本发明涉及一种无线通讯系统，具体涉及一种用于燃气管道无缆检测机器人的无线通讯系统及通讯方法。
背景技术
随着国家能源结构的调整和人民生活水平的提高，天然气已成为居民生产和生活的重要能源，并促进了城市燃气管网建设规模的不断扩大。随着服役年限的增加，城市地下燃气管道因各种缺陷引发安全事故的概率也越来越大。为此开展城市地下燃气管道的内检测工作就显得尤为重要，通过内检测可探测管道腐蚀、穿孔、开裂等缺陷，为及时排除安全隐患，保证燃气管网安全运行提供有效支持。但目前本领域针对管道内检测的技术主要采用带缆检测机器人，检测过程中控制端和机器人之间通过有线缆通讯。受线缆长度和管道走向限制，带缆检测机器人无法完成长距离的内检测任务，影响了其检测性能和效率。尤其是对于城市地下燃气管道，存在较多的弯头、三通和变径管，线路更为复杂，使带缆检测机器人的检测距离进一步受到了限制。自动力无缆检测机器人虽然不受线缆的制约，但其需要通过无线信号与控制端通讯，因管道对无线信号会产生屏蔽作用，导致了现有自动力无缆检测机器人的通讯方式同样无法实现长距离的燃气管道内检测作业。
发明内容
本发明的目的是提供燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统及通讯方法，无线通讯系统具有结构简单、成本低廉、使用方便、安全可靠的优点，解决了自动力无缆检测机器人因管道屏蔽无线信号无法实现长距离内检测作业的问题。通讯方法具有容易实现、控制方便、通讯可靠的优点。
为解决现有技术中存在上述问题，本发明提供的一种燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，包括天线组件、中继器组件和中继器放收装置；所述天线组件固定于燃气管道上并伸入燃气管道内部，所述中继器组件至少设有一组，所述中继器放收装置与机器人连接并用于沿燃气管道放收中继器组件；天线组件、中继器组件和机器人之间通过波长小于3.41r的无线信号通讯连接，其中，r表示燃气管道的半径。
进一步的，本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，其中，所述天线组件包括法兰盘以及与法兰盘垂直固定连接的升降装置，法兰盘与燃气管道放散口法兰固定连接，升降装置处于燃气管道内部的一端设有天线本体，升降装置处于燃气管道外部的一端设有与天线本体电连接的连接器。
进一步的，本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，其中，所述天线组件的升降装置其处于燃气管道外部的一端还设有天线角度调节器。
进一步的，本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，其中，所述中继器放收装置包括中继器仓体、竖向滑轨、横向滑轨和机械手，竖向滑轨的下端与中继器仓体固定连接，横向滑轨的一端通过竖移滑块与竖向滑轨连接，机械手通过横移滑块与横向滑轨连接。
进一步的，本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，其中，所述中继器组件包括底座以及固定于底座上的中继器主体，所述底座包括连接块，连接块中嵌设有开口朝下的U型磁块，以及对应处于U型磁块两端下侧的第一磁导块和第二磁导块，连接块左侧与第一磁导块和U型磁块之间的间隙对应的位置开设有第一滑槽，第一滑槽中安装有第一滑动导磁板，第一滑动导磁板与连接块之间设有第一复位弹簧，连接块右侧与第二磁导块和U型磁块之间的间隙对应的位置开设有第二滑槽，第二滑槽中安装有第二滑动导磁板，第二滑动导磁板与连接块之间设有第二复位弹簧。
本发明提供的一种燃气管道无缆检测机器人无线通讯方法，利用了上述无线通讯系统，包括以下步骤：
一、将天线组件安装于燃气管道的放散口，将多个中继器组件置于中继器放收装置的中继器仓体中，并将中继器放收装置与机器人连接；
二、通过设置于燃气管道上的机器人放收装置将机器人和中继器放收装置置入燃气管道中；
三、控制端通过天线组件向机器人发送测试信号，并接收机器人的反馈信号；比较测试信号和反馈信号，并通过天线角度调节器调节天线本体的角度，使天线组件和机器人之间的无线信号传输达到最佳化；
四、控制端通过天线组件向机器人发送检测指令，机器人接收到检测指令后沿燃气管道行进，并在行进过程中将检测信号通过天线组件反馈到控制端；
五、机器人行进过程中，根据预设的间隔距离，中继器放收装置通过机械手将中继器仓体中的中继器组件逐个放置于燃气管道中；
六、检测任务完成后，机器人沿原路返回；机器人返回过程中，中继器放收装置通过机械手将燃气管道中的中继器组件依次收入到中继器仓体中；
所述测试信号、反馈信号、检测指令和检测信号的波长小于3.41r，r表示所检测燃气管道的最小半径。
本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统及通讯方法与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过设置天线组件、中继器组件和中继器放收装置，让天线组件固定于燃气管道上并伸入燃气管道内部，让中继器组件至少设置一组，让中继器放收装置与机器人连接并用于沿燃气管道放收中继器组件，并使天线组件、中继器组件和机器人之间通过波长小于3.41r的无线信号通讯连接，r为燃气管道的半径。由此就构成了一种结构简单、成本低廉、使用方便、安全可靠的燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统。在实际应用中，本发明通过让天线组件、中继器组件和机器人之间采用波长小于3.41r的无线信号，无线信号就会沿着燃气管道内部以波导形式传播，从而在天线组件和机器人之间建立双向通讯连接；再通过让控制端与天线组件连接，控制端即可对机器人进行控制并接收机器人的检测信号。因无线信号(电磁波)在燃气管道(金属管道)内传输会受到传输频率、管道半径、管壁粗糙度、管道内介质等多种因素的影响，其能量和功率都会随着传输距离的延长逐步衰减。本发明通过设置中继器放收装置和多组中继器组件，在机器人检测行进过程中，让中继器放收装置按预设的间隔距离在燃气管道内逐个放置中继器组件，并在返回的过程中依次回收中继器组件，通过中继器组件对无线信号的放大作用，保证了天线组件和机器人之间通讯连接的可靠性和稳定性，使机器人可实现燃气管道的长距离内检测目的。本发明提供的燃气管道无缆检测机器人无线通讯方法，具有容易实现、控制方便、通讯可靠的优点。
下面结合附图所示具体实施方式对本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统及通讯方法作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统的示意图；
图2为本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统中天线组件的示意图；
图3为本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统中中继器组件的示意图；
图4为本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统中中继器放收装置的示意图；
图5为本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯方法的简易流程图；
具体实施方式
首先需要说明的，本发明中所述的上、下、前、后、左、右等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。
如图1至4所示本发明燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统的具体实施方式，包括天线组件1、中继器组件2和中继器放收装置3。将天线组件1固定于燃气管道5上并伸入燃气管道内部，让中继器组件2至少设置一组，让中继器放收装置3与机器人4连接并用于沿燃气管道5放收中继器组件2。使用天线组件1、中继器组件2和机器人4之间通过波长小于3.41r的无线信号通讯连接，r为燃气管道的半径。
通过以上结构设置就构成了一种结构简单、成本低廉、使用方便、安全可靠的燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统。在实际应用中，本发明通过让天线组件1、中继器组件2和机器人之间采用波长小于3.41r的无线信号，无线信号就会沿着燃气管道内部以波导形式传播，从而在天线组件1和机器人之间建立双向通讯连接；再通过让控制端与天线组件1连接，控制端即可对机器人进行控制并接收机器人的检测信号。因无线信号(电磁波)在燃气管道(金属管道)内传输会受到传输频率、管道半径、管壁粗糙度、管道内介质等多种因素的影响，其能量和功率都会随着传输距离的延长逐步衰减。本发明通过设置中继器放收装置3和多组中继器组件2，在机器人检测行进过程中，让中继器放收装置3按预设的间隔距离在燃气管道内逐个放置中继器组件2，并在返回的过程中依次回收中继器组件2，通过中继器组件2对无线信号的放大作用，保证了天线组件1和机器人之间通讯连接的可靠性和稳定性，使机器人可实现燃气管道的长距离内检测目的。
作为具体实施方式，本发明中的天线组件1具体包括法兰盘11以及与法兰盘11垂直固定连接的升降装置12，让法兰盘11与燃气管道放散口法兰固定连接，并在升降装置12处于燃气管道内部的一端设置天线本体13，在升降装置12处于燃气管道外部的一端设置与天线本体13电连接的连接器14。这一结构的天线组件1具有结构简单、成本低廉、拆装方便的特点，充分利用了现有燃气管网的结构特点，只需让法兰盘11与燃气管道放散口法兰固定连接即可实现天线组件1的安装，而不会破坏燃气管道的结构，安全性较高。且通过升降装置12可控制伸入燃气管道的长度，一方面调节无线信号的强弱，另一方面在不用时可收缩到放散管中，以避免受气体的冲击。进一步的，本具体实施方式还让天线组件1的升降装置12在其处于燃气管道外部的一端设置了天线角度调节器15，通过天线角度调节器15调节调节天线本体13的角度，可使天线组件1和机器人之间的无线信号传输达到最佳化，实用性更强。
作为具体实施方式，中继器放收装置3包括中继器仓体31、竖向滑轨32、横向滑轨33和机械手34。其中，竖向滑轨32的下端与中继器仓体31固定连接，横向滑轨33的一端通过竖移滑块与竖向滑轨32连接，机械手34通过横移滑块与横向滑轨33连接。这一结构的中继器放收装置3具有结构简单、操控方便的特点。通过竖向滑轨32可控制机械手34的竖向位置，通过横向滑轨33控制机械手34的横向位置，通过以上两个方向的位置控制并结合机械手34的动作即可实现中继器组件2的下放和回收功能。需要说明的是，中继器放收装置3不限于采用以上列举的结构形式，还可采用其他等同或类似的结构形式，只要能实现中继器组件2的下放和回收功能即可。
作为优化方案，本具体实施方式让中继器组件2采用包括底座21和中继器主体22的结构形式，并将中继器主体22固定于底座21上。底座21设有连接块211，在连接块211中嵌设开口朝下的U型磁块212，以及对应处于U型磁块212两端下侧的第一磁导块213和第二磁导块214。在连接块211左侧与第一磁导块213和U型磁块212之间的间隙对应的位置开设第一滑槽，在第一滑槽中安装第一滑动导磁板215，并在第一滑动导磁板215与连接块211之间设置第一复位弹簧(图中未示出)。在连接块211右侧与第二磁导块214和U型磁块212之间的间隙对应的位置开设第二滑槽，在第二滑槽中安装第二滑动导磁板216，并在第二滑动导磁板216与连接块211之间设置第二复位弹簧(图中未示出)。这一结构的中继器组件2通过控制第一滑动导磁板215和第二滑动导磁板216，可使第一磁导块213和第二磁导块214产生磁性或失去磁性。当中继器组件2放置于燃气管道中时，通过第一磁导块213和第二磁导块214产生的磁性可使中继器组件2吸附在燃气管道壁上，能有效避免因气流致使中继器组件2移动或被推翻，提高了中继器组件2的稳定性和通讯的可靠性。具体过程如下：初始状态时第一滑动导磁板215和第二滑动导磁板216对应处于第一磁导块213和第二磁导块214上端间隙的外侧，第一磁导块213和第二磁导块214在U型磁块212的磁化下产生磁性，中继器组件2通过第一磁导块213和第二磁导块214吸附在中继器放收装置3的中继器仓体31上。下放时，中继器放收装置3通过机械手34其执行机构夹紧中继器组件2，并使第一滑动导磁板215和第二滑动导磁板216对应进入第一磁导块213和第二磁导块214上端的间隙，从而使第一磁导块213和第二磁导块214的磁通路被短路，第一磁导块213和第二磁导块214失去磁性；当机械手34将中继器组件2移动到下放位置时松开执行机构，第一滑动导磁板215和第二滑动导磁板216对应在第一复位弹簧和第二复位弹簧的弹力作用下复位，此时第一磁导块213和第二磁导块214的磁通因接通产生磁性，中继器组件2就会通过第一磁导块213和第二磁导块214吸附在燃气管道壁上。回收中继器组件2的过程与下放中继器组件2的过程类同，在此不再赘述。
另外，为配合中继器组件2的结构特点，本具体实施方式让中继器放收装置3的机械手34执行机构采用两块对称分布的锥形板，可增强夹持中继器组件2和稳定性和可靠性。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种利用上述无线通讯系统的燃气管道无缆检测机器人无线通讯方法，如图5所示，具体包括以下步骤：
一、将天线组件1安装于燃气管道的放散口，将多个中继器组件2置于中继器放收装置3的中继器仓体31中，并将中继器放收装置3与机器人连接。
二、通过设置于燃气管道上的机器人放收装置将机器人和中继器放收装置3置入燃气管道中。机器人放收装置是一种设置于燃气管道上，并用于将机器人置入燃气管道内或将机器人从燃气管道内回收的装置。
三、控制端通过天线组件1向机器人发送测试信号，并接收机器人的反馈信号；比较测试信号和反馈信号，并通过天线角度调节器15调节天线本体13的角度，使天线组件1和机器人之间的无线信号传输达到最佳化。控制端是指控制机器人执行燃气管道内检测的上位机，其通过有线或无线与天线组件1的连接器14连接。
四、控制端通过天线组件1向机器人发送检测指令，机器人接收到检测指令后沿燃气管道行进，并在行进过程中将检测信号通过天线组件1反馈到控制端。
五、机器人行进过程中，根据预设的间隔距离，中继器放收装置3通过机械手34将中继器仓体31中的中继器组件2逐个放置于燃气管道中。所述预设的间隔距离是根据无线信号在燃气管道内的传输距离和衰减规律确定的。
六、检测任务完成后，机器人沿原路返回；机器人返回过程中，中继器放收装置3通过机械手34将燃气管道中的中继器组件2依次收入到中继器仓体31中。
所述测试信号、反馈信号、检测指令和检测信号的波长小于3.41r，r表示所检测燃气管道的最小半径。
本发明提供的燃气管道无缆检测机器人无线通讯方法，具有容易实现、控制方便、通讯可靠的优点，解决了无缆检测机器人无法实现燃气管道长距离内检测作业的问题。
以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，其特征在于，包括天线组件(1)、中继器组件(2)和中继器放收装置(3)；所述天线组件(1)固定于燃气管道上并伸入燃气管道内部，所述中继器组件(2)至少设有一组，所述中继器放收装置(3)与机器人连接并用于沿燃气管道放收中继器组件(2)；天线组件(1)、中继器组件(2)和机器人之间通过波长小于3.41r的无线信号通讯连接，其中，r表示燃气管道的半径；
所述中继器组件(2)包括底座(21)以及固定于底座(21)上的中继器主体(22)，所述底座(21)包括连接块(211)，连接块(211)中嵌设有开口朝下的U型磁块(212)，以及对应处于U型磁块(212)两端下侧的第一磁导块(213)和第二磁导块(214)，连接块(211)左侧与第一磁导块(213)和U型磁块(212)之间的间隙对应的位置开设有第一滑槽，第一滑槽中安装有第一滑动导磁板(215)，第一滑动导磁板(215)与连接块(211)之间设有第一复位弹簧，连接块(211)右侧与第二磁导块(214)和U型磁块(212)之间的间隙对应的位置开设有第二滑槽，第二滑槽中安装有第二滑动导磁板(216)，第二滑动导磁板(216)与连接块(211)之间设有第二复位弹簧。
2.按照权利要求1所述的燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，其特征在于，所述天线组件(1)包括法兰盘(11)以及与法兰盘(11)垂直固定连接的升降装置(12)，法兰盘(11)与燃气管道放散口法兰固定连接，升降装置(12)处于燃气管道内部的一端设有天线本体(13)，升降装置(12)处于燃气管道外部的一端设有与天线本体(13)电连接的连接器(14)。
3.按照权利要求2所述的燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，其特征在于，所述天线组件(1)的升降装置(12)其处于燃气管道外部的一端还设有天线角度调节器(15)。
4.按照权利要求3所述的燃气管道无缆检测机器人无线通讯系统，其特征在于，所述中继器放收装置(3)包括中继器仓体(31)、竖向滑轨(32)、横向滑轨(33)和机械手(34)，竖向滑轨(32)的下端与中继器仓体(31)固定连接，横向滑轨(33)的一端通过竖移滑块与竖向滑轨(32)连接，机械手(34)通过横移滑块与横向滑轨(33)连接。
5.一种燃气管道无缆检测机器人无线通讯方法，其特征在于，所述无线通讯方法利用权利要求4所述的无线通讯系统，包括以下步骤：
一、将天线组件(1)安装于燃气管道的放散口，将多个中继器组件(2)置于中继器放收装置(3)的中继器仓体(31)中，并将中继器放收装置(3)与机器人连接；
二、通过设置于燃气管道上的机器人放收装置将机器人和中继器放收装置(3)置入燃气管道中；
三、控制端通过天线组件(1)向机器人发送测试信号，并接收机器人的反馈信号；比较测试信号和反馈信号，并通过天线角度调节器(15)调节天线本体(13)的角度，使天线组件(1)和机器人之间的无线信号传输达到最佳化；
四、控制端通过天线组件(1)向机器人发送检测指令，机器人接收到检测指令后沿燃气管道行进，并在行进过程中将检测信号通过天线组件(1)反馈到控制端；
五、机器人行进过程中，根据预设的间隔距离，中继器放收装置(3)通过机械手(34)将中继器仓体(31)中的中继器组件(2)逐个放置于燃气管道中；
六、检测任务完成后，机器人沿原路返回；机器人返回过程中，中继器放收装置(3)通过机械手(34)将燃气管道中的中继器组件(2)依次收入到中继器仓体(31)中；
所述测试信号、反馈信号、检测指令和检测信号的波长小于3.41r，r表示所检测燃气管道的最小半径。
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