CN108916531A - 一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，涉及管道检测及修复技术领域。该机器人包括机器人本体以及中央控制系统、运动机构、数据采集与存储系统、视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统、涂料喷敷伺服控制系统和机器人监控系统；机器人监控系统通过无线Wifi通讯方式对各个系统进行监控；运动机构、数据采集与存储系统、视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统以及涂料喷敷伺服控制系统均与中央控制系统相连。本发明提供的适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，采用图像处理和表面功函相结合的检测方式，实现了对石油管道的腐蚀区域进行实时的检测及修复，简化了检测及修复的流程。

Description

一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人

技术领域

本发明涉及管道检测及修复技术领域，尤其涉及一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人。

背景技术

随着我国石油产业的快速发展，管道建设也随之大规模开展起来，目前我国用于远距离输送油气的运输管道已超过一万六千千米。据估计，2020年全国油气管道总长度将超过十五万公里。然而在享受着管道运输便捷的同时以及管道运输快速发展的背后却隐藏着越来越大的安全隐患。这些管道在长期使用过程中，由于化学腐蚀、机械破坏、管道老化等会引起腐蚀、变形、裂纹等管道损坏，如不及时检测出来并加以修复，可能引起管道泄露，极易引起火灾、爆炸等恶性后果。

在巨大的安全隐患下，全球开始加强对油气管道运输安全的监管。美国陆续颁布了《管道安全改进法》，《2006年管道检测、保护、执法安全法令》等一系列法令条文来规范和加强企业对管道安全性检测。我国也颁布了《压力管道定期检验规则》，这一法令的制定规范了国家对油气输送管道检测的标准，其中规定主管路五年内必须进行检测。如果检测技术达不到要求，检测过程中不仅可能遗漏存在安全隐患的管道，而且可能误检完好管道，造成经济损失。因此急需设计能有效检测腐蚀微区并实时修复的管道机器人。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人实现对石油管道腐蚀区进行实时检测与修复。

一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，包括机器人本体以及安装于机器人本体上的中央控制系统、运动机构、数据采集与存储系统、视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统、涂料喷敷伺服控制系统以及机器人监控系统；机器人监控系统通过无线Wifi通讯方式对各个系统进行监控；所述运动机构、数据采集与存储系统、视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统以及涂料喷敷伺服控制系统均与中央控制系统相连；

所述中央控制系统采用微处理器，用于控制机器人在石油管道内行走的路径以及控制视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统、涂料喷敷伺服控制系统完成对石油管道腐蚀区域进行涂料喷敷的实时修复任务；

所述数据采集和存储系统采用传感器，用于采集完好的石油管道表面的视觉图像信息和功函信息，并对获取的图像信息和表面功函信息进行接收和存储，用于对比分析；

所述视觉伺服控制系统采用能够360度旋转的CCD(Charge Coupled Device，即电荷藕合器件)摄像头，并安装于管道机器人的头部，用于拍摄石油管道表面的图像，并通过视觉传感器传输到中央控制系统，中央控制系统经过视觉图像处理分析，并与数据采集与存储系统的石油管道正常图谱进行比对，判断检测区域是否为腐蚀区域；

所述表面功函伺服控制系统采用电子探针传感器，对经过中央控制系统判断为腐蚀的区域进行表面功函的检测和分析处理，并将表面功函反馈给中央控制系统；

所述涂料喷敷伺服控制系统包括带有输入输出接口的涂料储罐，用于接收中央控制系统的喷敷指令，并按照单位面积的喷敷量在腐蚀区域进行涂料喷敷，对石油管道的腐蚀区域进行实时修复。

优选地，所述机器人监控系统通过Wifi通讯方式与远程数据库连接，实现对机器人的行走速度控制、方向控制和涂料喷覆量控制的实时监控，以及对数据测试与数据入库过程的监控，包括图像测试与图像分析处理的视频图像监控，表面功函测试与表面功函分析处理的表面功函监控。

优选地，所述运动机构包括依次设置在管道机器人主体上的1个导向轮、1个驱动轮和2个从动轮；且每个轮底均由一圈共3个滚珠围成，使该机器人能够在石油管道内壁表面行走。

优选地，所述用于表面功函检测的电子探针传感器外套有轴筒，并安装于第一个从动轮底部3个滚珠的中间部位；不需检测表面功函时，该电子探针传感器的尖端所在平面比3个滚珠所在的底面向内缩回300μm，使探针得到保护；当从中央控制系统接收指令得到视觉伺服控制系统所拍摄的管道图片与数据采集和存储系统中储存的完好管道图谱不一致的信息时，电子探针传感器从轴筒中伸出200μm，即与管道面相距100μm，进行表面功函测量。

优选地，所述涂料存储罐的罐口外套有轴筒，并安装于另一个从动轮底部3个滚珠的中间部位；不需喷敷涂料时，该罐口所在平面比3个滚珠所在的底面向内缩回300μm，使罐口得到保护；当中央控制系统发出的信息时，罐口从轴筒中伸出200μm，对该区域进行涂料喷敷。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，根据机器人的技术需求，设计以微处理器为控制核心，辅以摄像头及传感器，实现对管道内部环境以及机器人自身状态的实时、在线、快速检测；通过Wifi传输的无线通信方式，将管壁视频图像与PC进行信息交换和通讯，实现实时的智能化识别、定位、追踪、监控和管理；采用图像处理和表面功函相结合的检测方式，实现了对石油管道的腐蚀区域进行实时的检测及修复，简化了检测及修复的流程，降低了管道维护成本，预防安全隐患，极大地节省工人劳动强度；运动可靠性高，结构简单，控制方便，成本低廉。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人的结构框图；

图2为本发明实施例提供的采用本发明的适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人对石油管道进行检测及实时修复的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以某石油管道为例，使用本发明的一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人进行实时检测及修复。

一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，如图1所示，包括机器人本体以及安装于机器人本体上的中央控制系统、运动机构、数据采集与存储系统、视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统、涂料喷敷伺服控制系统和管道机器人监控系统。机器人监控系统通过无线Wifi通讯方式对各个系统进行监控；运动机构、数据采集与存储系统、视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统以及涂料喷敷伺服控制系统均与中央控制系统相连。

中央控制系统采用ARMSTM32微处理器，用于控制机器人在石油管道内行走的路径以及控制视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统、涂料喷敷伺服控制系统完成对石油管道腐蚀区域进行涂料喷敷的实时修复任务。

数据采集和存储系统采用传感器，用于采集完好的石油管道表面的视觉图像信息和功函信息，并对获取的图像信息和表面功函信息进行接收和存储，用于对比分析。

视觉伺服控制系统采用能够360度旋转的CCD(Charge Coupled Device，即电荷藕合器件)摄像头，并安装于机器人的头部，用于拍摄石油管道表面的图像，并通过视觉传感器传输到中央控制系统，中央控制系统经过视觉图像处理分析，并与数据采集与存储系统的石油管道正常图谱进行比对，判断检测区域是否为腐蚀区域。

表面功函伺服控制系统采用电子探针传感器，对经过中央控制系统判断为腐蚀的区域进行表面功函的检测和分析处理，并将表面功函反馈给中央控制系统。

涂料喷敷伺服控制系统包括带有输入输出接口的涂料储罐，用于接收中央控制系统的喷敷指令，并按照单位面积的喷敷量在腐蚀区域进行涂料喷敷，对石油管道的腐蚀区域进行实时修复。

机器人监控系统通过Wifi通讯方式与远程数据库连接，实现对机器人的行走速度控制、方向控制和涂料喷覆量控制的实时监控，以及对数据测试与数据入库过程的监控，包括图像测试与图像分析处理的视频图像监控，表面功函测试与表面功函分析处理的表面功函监控；

运动机构包括依次设置在管道机器人主体上的1个导向轮、1个驱动轮和2个从动轮；且每个轮底均由一圈共3个滚珠围成，使该机器人能够在石油管道内壁表面行走。

用于表面功函检测的电子探针传感器外套有轴筒，并安装于第一个从动轮底部3个滚珠的中间部位；不需检测表面功函时，该电子探针传感器的尖端所在平面比3个滚珠所在的底面向内缩回300μm，使探针得到保护；当从中央控制系统接收指令得到视觉伺服控制系统所拍摄的管道图片与数据采集和存储系统中储存的完好管道图谱不一致的信息时，电子探针传感器从轴筒中伸出200μm，即与管道面相距100μm，进行表面功函测量。

涂料存储罐的罐口外套有轴筒，并安装于另一个从动轮底部3个滚珠的中间部位；不需喷敷涂料时，该罐口所在平面比3个滚珠所在的底面向内缩回300μm，使罐口得到保护；当中央控制系统发出的信息时，罐口从轴筒中伸出200μm，对该区域进行涂料喷敷。

采用本发明的适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人对石油管道进行实时检测及修复的方法如图2所示，具体为：

步骤1、中央控制系统对机器人进行行走路径规划，并通过控制运动机构使机器人在石油管道内行走。

步骤2、在行走过程中，视觉伺服控制系统启动位于机器人头部的网络摄像头实时抓取石油管道内壁各区域的图片，并通过视觉传感器传送到中央控制系统，中央控制系统经过视觉图像处理分析，并与数据采集与存储系统的石油管道正常图谱进行比对，判断检测区域是否为腐蚀区域；如果视觉伺服控制系统拍到的石油管道图片与数据采集与存储系统中储存的完好管道图谱不一致，则中央控制系统向运动机构发出停止行走的指令，并向表面功函伺服控制系统发出表面功函检测指令；如果一致，则机器人继续在石油管道内行走。

步骤3、表面功函伺服控制系统接收中央控制系统的指令，启动电子探针传感器，对检测区域进行表面功函的检测，并将检测结果传送到中央控制系统；中央控制系统根据表面功函与管道基材的功函差值控制管道机器人的下一步任务；

如果表面功函与管道基材的功函差值表明该检测区域已经发生腐蚀，则中央控制系统向涂料喷覆伺服控制系统发出喷覆指令，涂料喷覆伺服控制系统启动涂料存储罐的涂料喷敷开关，按照单位面积的喷敷量在该腐蚀区域进行涂料喷覆，实时修复该区域；待管道机器人在管道内完成涂料涂覆工作，向中央控制系统发出完成喷出的工作指令，中央控制系统启动下一个区域的检测工作。

如果该检测区域表面功函与管道基材的功函差值表明该区域为伪图像腐蚀区，中央控制系统通过指令控制机器人执行下一个区域的检测任务。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，其特征在于：包括机器人本体以及安装于机器人本体上的中央控制系统、运动机构、数据采集与存储系统、视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统、涂料喷敷伺服控制系统以及机器人监控系统；机器人监控系统通过无线Wifi通讯方式对各个系统进行监控；所述运动机构、数据采集与存储系统、视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统以及涂料喷敷伺服控制系统均与中央控制系统相连；

所述中央控制系统采用微处理器，用于控制机器人在石油管道内行走的路径以及控制视觉伺服控制系统、表面功函伺服控制系统、涂料喷敷伺服控制系统完成对石油管道腐蚀区域进行涂料喷敷的实时修复任务；

所述数据采集和存储系统采用传感器，用于采集完好的石油管道表面的视觉图像信息和功函信息，并对获取的图像信息和表面功函信息进行接收和存储，用于对比分析；

所述视觉伺服控制系统采用能够360度旋转的CCD(Charge Coupled Device，即电荷藕合器件)摄像头，并安装于机器人的头部，用于拍摄石油管道表面的图像，并通过视觉传感器传输到中央控制系统，中央控制系统经过视觉图像处理分析，并与数据采集与存储系统的石油管道正常图谱进行比对，判断检测区域是否为腐蚀区域；

所述表面功函伺服控制系统采用电子探针传感器，对经过中央控制系统判断为腐蚀的区域进行表面功函的检测和分析处理，并将表面功函反馈给中央控制系统；

所述涂料喷敷伺服控制系统包括带有输入输出接口的涂料储罐，用于接收中央控制系统的喷敷指令，并按照单位面积的喷敷量在腐蚀区域进行涂料喷敷，对石油管道的腐蚀区域进行实时修复。

2.根据权利要求1所述的一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，其特征在于：所述机器人监控系统通过Wifi通讯方式与远程数据库连接，实现对机器人的行走速度控制、方向控制和涂料喷覆量控制的实时监控，以及对数据测试与数据入库过程的监控，包括图像测试与图像分析处理的视频图像监控，表面功函测试与表面功函分析处理的表面功函监控。

3.根据权利要求1所述的一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，其特征在于：所述运动机构包括依次设置在机器人主体上的1个导向轮、1个驱动轮和2个从动轮；且每个轮底均由一圈共3个滚珠围成，使该机器人能够在石油管道内壁表面行走。

4.根据权利要求1所述的一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，其特征在于：所述用于表面功函检测的电子探针传感器外套有轴筒，并安装于第一个从动轮底部3个滚珠的中间部位；不需检测表面功函时，该电子探针传感器的尖端所在平面比3个滚珠所在的底面向内缩回300μm，使探针得到保护；当从中央控制系统接收指令得到视觉伺服控制系统所拍摄的管道图片与数据采集和存储系统中储存的完好管道图谱不一致的信息时，电子探针传感器从轴筒中伸出200μm，即与管道面相距100μm，进行表面功函测量。

5.根据权利要求1所述的一种适用于石油管道腐蚀区检测及实时修复的机器人，其特征在于：所述涂料存储罐的罐口外套有轴筒，并安装于另一个从动轮底部3个滚珠的中间部位；不需喷敷涂料时，该罐口所在平面比3个滚珠所在的底面向内缩回300μm，使罐口得到保护；当中央控制系统发出的信息时，罐口从轴筒中伸出200μm，对该区域进行涂料喷敷。