CN108953839A - 一种基于长输管道的智能检测机器人 - Google Patents

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张方舟
何春霞
徐江
霍昃毓
赵健成
杨丽娜
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Abstract

本发明公开了一种基于长输管道的智能检测机器人，其爬行机构的每个支臂的一端都安装在爬行单元护板上，后支臂的另一端安装在滑动机构的前支撑杆上，前支臂的另一端安装在控制箱的底端，弹簧支臂一端安装在前支臂上，另一端安装在滑动机构的后支撑杆上；其中弹簧支臂一端与两平行的前支臂通过支撑杆固定连接；弹簧支臂的另一端通过套装在后支撑杆上的套管固定安装；张紧收缩机构的机架从前至后同轴依次安装前联轴器、滑动机构驱动步进电机、控制箱、后联轴器、丝杠；旋转拍摄机构安装在机架的前端，图像采集相机、旋转拍摄机构；通过旋转拍摄机构安装在机架上，旋转拍摄机构的两侧安装图像采集相机。本发明结构简单，适用于多种口径的管道拍摄。

Description

一种基于长输管道的智能检测机器人
技术领域
本发明涉及长输管道机器人机械结构技术领域，具体地说是由爬行机构、张紧收缩机构和旋转拍摄机构三大部分构成，与大口径管道气动对口器配套使用，具有驱动行走、管口定位等功能，并适应一定的管线坡度和管径范围的长输管道检测机器人。
背景技术
众所周知，管道作为一种有效的物资传输方式得到了广泛的应用。为了提高管道的寿命及防止泄露等事故的发生，对管道进行有效的检测维护具有重要的意义。
传统的管道检测维护方法是采用人工排查的方式，其存在三大弊端：一是有些位置管道十分狭窄，作业人员无法到达；二是作业量大，人工检测耗时长、耗费高；三是检测维护工作多处于密闭黑暗空间，作业人员缺氧、眩晕、疲乏等状况频发，存在极高的生命危险隐患。
在传统人工检测方式存在诸多缺点的基础上，管道检测机器人应运而生，并得到了越来越广泛的应用。
目前已有的管道检测机器人多以电机为驱动方式，但采用电机驱动的时候普遍要面临电源供给类型选择的问题，常见的管道机器人的电源供给类型有两种：有缆和无缆。然而，这两种电源供给类型分别受到缆线与管壁存在摩擦力以及电池容量、机器人整体结构尺寸等因素的影响，这严重阻碍了管道机器人完成多参数、远距离、长时间的检测任务。
发明内容
1、发明目的。
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供了一种基于长输管道的智能检测机器人，该机器人整体机械结构以铝合金材质为主，结构稳、重量轻。它集成了电机驱动与流体液压驱动两种驱动方式，着重解决了无缆型电源供给方式续航短问题，通过搭载相应的控制、检测、定位等功能模块单元可以满足不同作业任务的要求。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明公开了一种基于长输管道的智能检测机器人，包括爬行机构、张紧收缩机构和旋转拍摄机构；
爬行机构包括爬行单元护板、弹簧支臂、支臂、滑动机构，支臂包括两平行的前支臂、两平行的后支臂，滑动机构包括前支撑杆、后支撑杆；每个支臂的一端都安装在爬行单元护板上，后支臂的另一端安装在滑动机构的前支撑杆上，前支臂的另一端安装在控制箱的底端，弹簧支臂一端安装在前支臂上，另一端安装在滑动机构的后支撑杆上；其中弹簧支臂一端与两平行的前支臂通过支撑杆固定连接；弹簧支臂的另一端通过套装在后支撑杆上的套管固定安装；
张紧收缩机构包括机架、光轴、滑动机构、前联轴器、后联轴器、滑动机构驱动步进电机、丝杠，机架从前至后同轴依次安装前联轴器、滑动机构驱动步进电机、控制箱、后联轴器、丝杠；两根光轴平行设置安装在机架上，滑动机构的前支撑杆、后支撑杆通过套管套装在光轴上，相对于光轴滑动；由于其后支撑杆与弹簧支臂连接，前支撑杆与后支臂连接；通过调节控制箱相对于光轴的位置，调整支臂的角度，从而调节爬行机构的角度，实现与管道臂紧贴。
旋转拍摄机构安装在机架的前端，图像采集相机、旋转拍摄机构；通过旋转拍摄机构安装在机架上，旋转拍摄机构的两侧安装图像采集相机。
更进一步，爬行单元护板之间安装爬行机构，包括电机、主动轮、从动轮、传动杆，电机安装在主动轮的侧端通过减速器齿轮与主动轮配合驱动，主动轮通过传动杆驱动从动轮。
更进一步，爬行机构包括三个，其中机架正下方一个，两侧端各一个。
更进一步，图像采集相机的前后两侧设置补光灯板。。
更进一步，所述的张紧收缩机构还包括收缩限位开关，位于光轴的后端，控制前后支臂的张度，调整爬行机构相对于机架的收缩位置。
更进一步，所述的张紧收缩机构还包括张紧限位开关，位于光轴的前端，控制前后支臂的张度，调整爬行机构相对于机架的张紧位置。
更进一步，还包括顶部滑动轮，安装在机架的顶端。
本发明提出了一种基于长输管道的智能检测方法，使用所述的机器人，按照如下步骤进行检测：
步骤1、首先将管道检测机器人放进管道内部，用挠性连接件把机器人连接到对口器的末端；
步骤2、通过步进电机的控制，设置爬行机构的张紧程度；
步骤3、爬行机构移至焊缝位置；
步骤4、两台图像采集相机以180度对角固定到主体承载机构上，旋转机构转动n次，每次转动角度180/n度，完成一圈的拍摄；
步骤5、每个相机拍摄并保存n张图片。
更进一步，两台图像采集相机以180度对角固定到主体承载机构上，旋转机构转动10次，每次转动角度18度，完成一圈的拍摄；每个相机拍摄并保存10张图片，保存图片文件夹命名按时间命名，子文件夹按检测的焊缝数量命名，图片文件按旋转对应角度命名。相机的拍照过程通过程序控制，旋转动作结束一次拍照一次。
3、本发明所产生的技术效果。
(1)本发明的滑动机构与爬行机构的配合，实现支臂的张紧和收缩，有利于机器人贴合管道稳定拍摄。
(2)本发明的爬行机构可适用于任何口径的管道，并且能够相对于任意口径的管道保持相对稳定。
(3)本发明图像采集相机通过拍摄角度相差180度，旋转拍摄方式，快速有效的收集拍摄信息。
综上，本机器人主要是用来检测长输管道内部环焊缝的焊接质量的设备，具有结构简单、使用方便、经济实用等优点。
附图说明
图1为本发明基于长输管道的智能检测机器人的俯视图。
图2为本发明基于长输管道的智能检测机器人的仰视图。
附图标记说明：
1机架、2光轴、3爬行单元护板、4弹簧支臂、5控制箱、6图像采集相机、7补光灯板、8旋转拍摄机构、9支臂、9a前支臂、9b后支臂、10主动轮、11主动轮驱动步进电机、12从动轮、13滑动机构、13a前支撑杆、13b后支撑杆、14爬行机构、15前联轴器机、16滑动机构驱动步进电机、17后联轴器、18张紧限位开关、19丝杠、20收缩限位开关，21传动杆、22顶部滑动轮。
具体实施方式
实施例1
本长输管道智能检测机器人是用来检测管道内部环焊缝的焊接质量的设备。首先将管道检测机器人放进管道内部，用挠性连接件把机器人连接到对口器的末端，然后接通电源通过电脑客户端软件控制机器人的动作。焊缝检测时，操作人员通过电脑客户端软件控制机器人的爬行机构和张紧收缩机构把管道机器人移动到待检测的焊缝位置，从软件菜单中操作旋转拍摄机构自动拍照并保存图片，然后根据保存的焊缝照片检测焊缝的焊接质量。
本机器人的机械部分组成如图1和图2所示，主要由爬行机构、张紧收缩机构和旋转拍摄机构三大部分组成。其中：
本发明提出的基于长输管道的智能检测机器人，包括爬行机构、张紧收缩机构和旋转拍摄机构；
爬行机构包括爬行单元护板3、弹簧支臂4、支臂9、滑动机构13，支臂9包括前支臂9a、后支臂9b，滑动机构13包括前支撑杆13a、后支撑杆13b；
支臂包括两平行的前支臂和两平行的后支臂，每个支臂的一端都安装在爬行单元护板3上，后支臂9b的另一端安装在滑动机构3的前支撑杆13a上，前支臂9a的另一端安装在控制箱5的底端，弹簧支臂4一端安装在前支臂上9a，另一端安装在滑动机构13的后支撑杆13b上；其中弹簧支臂一端与两平行的前支臂通过支撑杆固定连接；弹簧支臂的另一端通过套装在滑动机构13的后支撑杆13b上的套管固定安装。
爬行单元护板3之间安装爬行机构14，包括电机11、主动轮10、从动轮12、传动杆21，电机安装在主动轮的侧端通过减速器齿轮与主动轮配合驱动，主动轮通过传动杆驱动从动轮。
爬行机构是机器人前进和后退的动力单元。其中电机经减速机驱动橡胶轮运行，可使机器人在管道内壁行走，具有良好机动性和快慢两种行走方式。为保证精确定位，橡胶轮选用工业实心轮，电机为步进电机。
张紧收缩机构包括机架1、光轴2、滑动机构13、前联轴器15、后联轴器17、滑动机构驱动步进电机16、张紧限位开关18、丝杠19、收缩限位开关20等部件组成，
机架1从前至后同轴依次安装前联轴器17、滑动机构驱动步进电机16、控制箱5、后联轴器15、丝杠19；两根光轴平行设置安装在机架上，滑动机构13的前支撑杆13a、后支撑杆13b通过套管套装在光轴2上，相对于光轴2滑动；由于其后支撑杆13b与弹簧支臂4连接，前支撑杆13a与后支臂9b连接；
通过调节控制箱相对于光轴的位置，调整支臂的角度，从而调节爬行机构的角度，实现与管道臂紧贴。
张紧收缩机构是机器人定位固定的执行单元。机器人进入管道后，手动进行张紧调节控制，在橡胶轮一侧设立张紧检测开关18，当三只爬行驱动单元完全紧贴管壁时，张紧调节自动结束；机器人离开管道时，手动松开。还包括顶部滑动轮22，安装在机架的顶端。
旋转拍摄机构安装在机架的前端，包括补光灯板7、图像采集相机6、旋转拍摄机构8；通过旋转拍摄机构8安装在机架1上，旋转拍摄机构8的两侧安装图像采集相机，图像采集相机的前后两侧设置补光灯板。
旋转拍摄机构是机器人进行图像采集的执行单元。其中图像采集相机选用两台定焦网络照相机，相机在机器人手动调节过程中实时传输视频信号，以保证操作人员判断机器人在管道内的位置。相机输出照片分辨率1920×1080，设置灯源进行补光操作，光源亮度可调节。两台图像采集相机以180度对角固定到主体承载机构上，程序控制自动旋转和图像采集。图像采集过程是旋转机构转动10次，每次转动角度18度，两个相机正好完成一圈的拍摄，每个相机拍摄并保存10张图片，保存图片文件夹命名按时间命名，子文件夹按检测的焊缝数量命名，图片文件按旋转对应角度命名。相机的拍照过程通过程序控制，旋转动作结束一次拍照一次。
本机器人主要是用来检测长输管道内部环焊缝的焊接质量的设备，具有结构简单、使用方便、经济实用等优点。
实施例2
相对于实施例1，本实施例中，爬行机构包括三个，其中机架正下方一个，两侧端各一个。并且提出了基于长输管道的智能检测方法，其特征在于：使用如权利要求1-6任一所述的机器人，按照如下步骤进行检测：
步骤1、首先将管道检测机器人放进管道内部，用挠性连接件把机器人连接到对口器的末端；
步骤2、通过步进电机的控制，设置爬行机构的张紧程度；
步骤3、爬行机构移至焊缝位置；
步骤4、两台图像采集相机以180度对角固定到主体承载机构上，旋转机构转动n次，每次转动角度180/n度，完成一圈的拍摄；
步骤5、每个相机拍摄并保存n张图片。
两台图像采集相机以180度对角固定到主体承载机构上，旋转机构转动10次，每次转动角度18度，完成一圈的拍摄；每个相机拍摄并保存10张图片，保存图片文件夹命名按时间命名，子文件夹按检测的焊缝数量命名，图片文件按旋转对应角度命名。相机的拍照过程通过程序控制，旋转动作结束一次拍照一次。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于长输管道的智能检测机器人，其特征在于：包括爬行机构、张紧收缩机构和旋转拍摄机构；
爬行机构包括爬行单元护板(3)、弹簧支臂(4)、支臂(9)、滑动机构(13)，支臂(9)包括两平行的前支臂(9a)、两平行的后支臂(9b)，滑动机构(13)包括前支撑杆(13a)、后支撑杆(13b)；每个支臂的一端都安装在爬行单元护板(3)上，后支臂(9b)的另一端安装在滑动机构(3)的前支撑杆(13a)上，前支臂(9a)的另一端安装在控制箱(5)的底端，弹簧支臂(4)一端安装在前支臂上(9a)，另一端安装在滑动机构(13)的后支撑杆(13b)上；其中弹簧支臂一端与两平行的前支臂通过支撑杆固定连接；弹簧支臂的另一端通过套装在后支撑杆(13b)上的套管固定安装；
张紧收缩机构包括机架(1)、光轴(2)、滑动机构(13)、前联轴器(15)、后联轴器(17)、滑动机构驱动步进电机(16)、丝杠(19)，机架(1)从前至后同轴依次安装前联轴器(17)、滑动机构驱动步进电机(16)、控制箱(5)、后联轴器(15)、丝杠(19)；两根光轴平行设置安装在机架上，滑动机构(13)的前支撑杆(13a)、后支撑杆(13b)通过套管套装在光轴(2)上，相对于光轴(2)滑动；由于其后支撑杆(13b)与弹簧支臂(4)连接，前支撑杆(13a)与后支臂(9b)连接；通过调节控制箱相对于光轴的位置，调整支臂的角度，从而调节爬行机构的角度，实现与管道臂紧贴；
旋转拍摄机构安装在机架的前端，图像采集相机(6)、旋转拍摄机构(8)；通过旋转拍摄机构(8)安装在机架(1)上，旋转拍摄机构(8)的两侧安装图像采集相机。
2.根据权利要求1所述的基于长输管道的智能检测机器人，其特征在于：所述的爬行单元护板(3)之间安装爬行机构(14)，包括电机(11)、主动轮(10)、从动轮(12)、传动杆(21)，电机安装在主动轮的侧端通过减速器齿轮与主动轮配合驱动，主动轮通过传动杆驱动从动轮。
3.根据权利要求1所述的基于长输管道的智能检测机器人，其特征在于：所述的爬行机构包括三个，其中机架正下方一个，两侧端各一个。
4.根据权利要求1所述的基于长输管道的智能检测机器人，其特征在于：图像采集相机的前后两侧设置补光灯板。
5.根据权利要求1所述的基于长输管道的智能检测机器人，其特征在于：所述的张紧收缩机构还包括收缩限位开关(20)，位于光轴(2)的后端，控制前后支臂的张度，调整爬行机构相对于机架的收缩位置。
6.根据权利要求1所述的基于长输管道的智能检测机器人，其特征在于：所述的张紧收缩机构还包括张紧限位开关(18)，位于光轴(2)的前端，控制前后支臂的张度，调整爬行机构相对于机架的张紧位置。
7.根据权利要求1所述的基于长输管道的智能检测机器人，其特征在于：还包括顶部滑动轮(22)，安装在机架的顶端。
8.一种基于长输管道的智能检测方法，其特征在于：使用如权利要求1-6任一所述的机器人，按照如下步骤进行检测：
步骤1、首先将管道检测机器人放进管道内部，用挠性连接件把机器人连接到对口器的末端；
步骤2、通过步进电机的控制，设置爬行机构的张紧程度；
步骤3、爬行机构移至焊缝位置；
步骤4、两台图像采集相机以180度对角固定到主体承载机构上，旋转机构转动n次，每次转动角度180/n度，完成一圈的拍摄；
步骤5、每个相机拍摄并保存n张图片。
9.根据权利要求8所述的基于长输管道的智能检测方法，其特征在于：两台图像采集相机以180度对角固定到主体承载机构上，旋转机构转动10次，每次转动角度18度，完成一圈的拍摄；每个相机拍摄并保存10张图片，保存图片文件夹命名按时间命名，子文件夹按检测的焊缝数量命名，图片文件按旋转对应角度命名；相机的拍照过程通过程序控制，旋转动作结束一次拍照一次。
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