CN110220071A - 用于管道内壁裂痕检测机器人及其方法 - Google Patents

用于管道内壁裂痕检测机器人及其方法 Download PDF

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王沁
杨富生
乔路
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Abstract

本发明公开了一种用于管道内壁裂痕检测机器人，其特征在于：包括裂痕检测机构，所述裂痕检测机构的前后端分别通过前支撑弹簧和后支撑弹簧对称连接有前行走单元和后行走单元；所述前行走单元和后行走单元能带动所述裂痕检测机构沿被测管道的内壁行进；本发明的结构简单，采用机器人缓慢向前推进的前提下进行旋转扫描检测，最终使整个检测段的内壁都被覆盖，有效防止检测过程发生遗漏的现象。

Description

用于管道内壁裂痕检测机器人及其方法
技术领域
本发明属于管道检测领域。
背景技术
现有的管道检测机构在对管道内壁进行检测的过程中容易发生遗漏，漏检的现象。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于管道内壁裂痕检测机器人及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的用于管道内壁裂痕检测机器人，其特征在于：包括裂痕检测机构，所述裂痕检测机构的前后端分别通过前支撑弹簧和后支撑弹簧对称连接有前行走单元和后行走单元；所述前行走单元和后行走单元能带动所述裂痕检测机构沿被测管道的内壁行进；
所述裂痕检测机构包括前后对称的前同步电机和后同步电机，所以前同步电机的前输出轴的末端与后同步电机的后输出轴的末端同轴心固定连接；所述前输出轴与所述后输出轴的连接处垂直固定连接有伸缩杆座，所述伸缩杆座的末端固定连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的推杆末端固定安装有检测摄像头，所述检测摄像头的镜头对应被测管道的内壁；所述前支撑弹簧和后支撑弹簧的一端分别固定在所述前同步电机和后同步电机的机壳尾部。
进一步的，所述前行走单元和后行走单元均包括螺纹筒，所述螺纹筒的一端固定连接在前支撑弹簧或后支撑弹簧的末端，且所述螺纹筒与前输出轴或后输出轴同轴心设置；
还包括舵机座，所述舵机座上安装有舵机，所述舵机座上还固定安装有丝杆安装座，还包括与所述螺纹筒同轴心的丝杆，所述丝杆的一端通过轴承与所述丝杆安装座转动连接；所述丝杆的另一端与所述螺纹筒的内螺纹螺纹配合；所述舵机的输出端与所述丝杆传动连接，所述舵机带动所述丝杆旋转；
所述螺纹筒远离裂痕检测机构的一端同轴心固定安装有环形的第一铰接件座，所述第一铰接件座的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第一铰接件；所述舵机座靠近所述裂痕检测机构的一端固定安装有环状的第二铰接座；所述第二铰接座的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第二铰接件；
所述前行走机构还包括三组沿丝杆轴线呈圆周阵列分布的行走轮支架；每组所述行走轮支架均包括第一连杆和第二连杆，各所述第一连杆的一端铰接连接对应的第二铰接件，各所述第二连杆的一端铰接连接对应的第一铰接件；各所述第一连杆的另一端均固定连接有主动轮单元；各所述主动轮单元与第一连杆的连接处设置有第三铰接件，各所述第二连杆的另一端与所对应的第三铰接件铰接连接；各所述主动轮单元上均转动设置有主动轮，所述主动轮单元内的主动轮驱动电机能驱动所述主动轮自旋转；各所述主动轮的轴线均与所述丝杆垂直；且各所述主动轮能沿所述被测管道的内壁滚动。
进一步的，用于管道内壁裂痕检测机器人的执行方法，包括如下步骤：
步骤一，将裂痕检测机构放入被测管道内部，然后控制前行走单元和后行走单元上的舵机，进而使丝杆旋转，并且通过控制丝杆旋转的旋转方向使螺纹筒做逐渐靠近舵机座的运动，由于螺纹筒逐渐靠近舵机座，进而使各个主动轮单元做逐渐远离丝杆轴线的运动，直至各个主动轮单元上的主动轮的轮面均接触到被测管道的内壁，随着丝杆的继续旋转，最终各个主动轮单元上的主动轮的轮面均紧密顶压被测管道的内壁，此时裂痕检测机构位于被测管道的轴线位置；在此状态下暂停舵机运行；
步骤二，同步启动各个主动轮单元，使所有主动轮以同一旋向转动，进而使各个主动轮沿被测管道滚动，进而带动前行走单元、后行走单元和裂痕检测机构所构成的整体沿被测管道内行走，直至裂痕检测机构到达被测管道内的预定检测段；在前行走单元、后行走单元和裂痕检测机构所构成的整体在前行的过程中若遇到弯道、内径收缩或内径扩张的通道时适应性的控制前行走单元和后行走单元上的舵机，使各个主动轮的轮面始终保持能接触到被测管道的内壁，进而使前行走单元、后行走单元和裂痕检测机构所构成的整体结构能在被测管道内稳定行走；
步骤三，裂痕检测机构到达被测管道内的预定检测段后，为了增加检测的准确度，控制放缓各个主动轮的旋转速度，使裂痕检测机构在被测管道的检测段位置内缓慢推进；与此同时控制电动伸缩杆，使检测摄像头的位置逐渐向外运动至靠近被测管道的内壁位置，使检测摄像头的镜头能清晰的扫描到被测管道的内壁；然后同步控制前同步电机和后同步电机，使伸缩杆座沿前输出轴或后输出轴轴线旋转，待伸缩杆座旋转一周后，检测摄像头的镜头刚好扫描一圈被测管道内壁；与此同时裂痕检测机构在被测管道的检测段位置在缓慢推进，待裂痕检测机构完全通过被测管道的检测段位置后，该被测管道的检测段内壁也被摄像头的镜头完全扫描，摄像头发现裂痕后会进行记录；进而实现了裂痕检测。
有益效果：本发明的结构简单，采用机器人缓慢向前推进的前提下进行旋转扫描检测，最终使整个检测段的内壁都被覆盖，有效防止检测过程发生遗漏的现象。
附图说明
附图1为该机器人在管道中行走时的示意图；
附图2为该机器人的整体结构示意图；
附图3为机器人的轴线视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至3所示的用于管道内壁裂痕检测机器人，包括裂痕检测机构074，所述裂痕检测机构074的前后端分别通过前支撑弹簧73和后支撑弹簧77对称连接有前行走单元71和后行走单元72；所述前行走单元71和后行走单元72能带动所述裂痕检测机构074沿被测管道50的内壁行进；
所述裂痕检测机构074包括前后对称的前同步电机86和后同步电机78，所以前同步电机86的前输出轴74的末端与后同步电机78的后输出轴76的末端同轴心固定连接；所述前输出轴74与所述后输出轴76的连接处垂直固定连接有伸缩杆座75，所述伸缩杆座75的末端固定连接有电动伸缩杆79，所述电动伸缩杆79的推杆82末端固定安装有检测摄像头80，所述检测摄像头80的镜头81对应被测管道50的内壁；所述前支撑弹簧73和后支撑弹簧77的一端分别固定在所述前同步电机86和后同步电机78的机壳尾部。
所述前行走单元71和后行走单元72均包括螺纹筒15，所述螺纹筒15的一端固定连接在前支撑弹簧73或后支撑弹簧77的末端，且所述螺纹筒15与前输出轴74或后输出轴76同轴心设置；
还包括舵机座5，所述舵机座5上安装有舵机89，所述舵机座5上还固定安装有丝杆安装座6，还包括与所述螺纹筒15同轴心的丝杆8，所述丝杆8的一端通过轴承与所述丝杆安装座6转动连接；所述丝杆8的另一端与所述螺纹筒15的内螺纹螺纹配合；所述舵机89的输出端与所述丝杆8传动连接，所述舵机89带动所述丝杆8旋转；
所述螺纹筒15远离裂痕检测机构074的一端同轴心固定安装有环形的第一铰接件座14，所述第一铰接件座14的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第一铰接件13；所述舵机座5靠近所述裂痕检测机构074的一端固定安装有环状的第二铰接座4；所述第二铰接座4的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第二铰接件7；
所述前行走机构32还包括三组沿丝杆8轴线呈圆周阵列分布的行走轮支架87；每组所述行走轮支架87均包括第一连杆9和第二连杆10，各所述第一连杆9的一端铰接连接对应的第二铰接件7，各所述第二连杆10的一端铰接连接对应的第一铰接件11；各所述第一连杆9的另一端均固定连接有主动轮单元12；各所述主动轮单元12与第一连杆9的连接处设置有第三铰接件11，各所述第二连杆10的另一端与所对应的第三铰接件11铰接连接；各所述主动轮单元12上均转动设置有主动轮41，所述主动轮单元12内的主动轮驱动电机能驱动所述主动轮41自旋转；各所述主动轮41的轴线均与所述丝杆8垂直；且各所述主动轮41能沿所述被测管道50的内壁滚动。
用于管道内壁裂痕检测机器人的执行方法，包括如下步骤：
步骤一，将裂痕检测机构074放入被测管道50内部，然后控制前行走单元71和后行走单元72上的舵机89，进而使丝杆8旋转，并且通过控制丝杆8旋转的旋转方向使螺纹筒15做逐渐靠近舵机座5的运动，由于螺纹筒15逐渐靠近舵机座5，进而使各个主动轮单元12做逐渐远离丝杆8轴线的运动，直至各个主动轮单元12上的主动轮41的轮面均接触到被测管道50的内壁，随着丝杆8的继续旋转，最终各个主动轮单元12上的主动轮41的轮面均紧密顶压被测管道50的内壁，此时裂痕检测机构074位于被测管道50的轴线位置；在此状态下暂停舵机89运行；
步骤二，同步启动各个主动轮单元12，使所有主动轮41以同一旋向转动，进而使各个主动轮41沿被测管道50滚动，进而带动前行走单元71、后行走单元72和裂痕检测机构074所构成的整体沿被测管道50内行走，直至裂痕检测机构074到达被测管道50内的预定检测段；在前行走单元71、后行走单元72和裂痕检测机构074所构成的整体在前行的过程中若遇到弯道、内径收缩或内径扩张的通道时适应性的控制前行走单元71和后行走单元72上的舵机89，使各个主动轮41的轮面始终保持能接触到被测管道50的内壁，进而使前行走单元71、后行走单元72和裂痕检测机构074所构成的整体结构能在被测管道50内稳定行走；
步骤三，裂痕检测机构074到达被测管道50内的预定检测段后，为了增加检测的准确度，控制放缓各个主动轮41的旋转速度，使裂痕检测机构074在被测管道50的检测段位置内缓慢推进；与此同时控制电动伸缩杆79，使检测摄像头80的位置逐渐向外运动至靠近被测管道50的内壁位置，使检测摄像头80的镜头81能清晰的扫描到被测管道50的内壁；然后同步控制前同步电机86和后同步电机78，使伸缩杆座75沿前输出轴74或后输出轴76轴线旋转，待伸缩杆座75旋转一周后，检测摄像头80的镜头81刚好扫描一圈被测管道50内壁；与此同时裂痕检测机构074在被测管道50的检测段位置在缓慢推进，待裂痕检测机构074完全通过被测管道50的检测段位置后，该被测管道50的检测段内壁也被摄像头80的镜头81完全扫描，摄像头80发现裂痕后会进行记录；进而实现了裂痕检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.用于管道内壁裂痕检测机器人，其特征在于：包括裂痕检测机构(074)，所述裂痕检测机构(074)的前后端分别通过前支撑弹簧(73)和后支撑弹簧(77)对称连接有前行走单元(71)和后行走单元(72)；所述前行走单元(71)和后行走单元(72)能带动所述裂痕检测机构(074)沿被测管道(50)的内壁行进；
所述裂痕检测机构(074)包括前后对称的前同步电机(86)和后同步电机(78)，所以前同步电机(86)的前输出轴(74)的末端与后同步电机(78)的后输出轴(76)的末端同轴心固定连接；所述前输出轴(74)与所述后输出轴(76)的连接处垂直固定连接有伸缩杆座(75)，所述伸缩杆座(75)的末端固定连接有电动伸缩杆(79)，所述电动伸缩杆(79)的推杆(82)末端固定安装有检测摄像头(80)，所述检测摄像头(80)的镜头(81)对应被测管道(50)的内壁；所述前支撑弹簧(73)和后支撑弹簧(77)的一端分别固定在所述前同步电机(86)和后同步电机(78)的机壳尾部。
2.根据权利要求1所述的用于管道内壁裂痕检测机器人，其特征在于：所述前行走单元(71)和后行走单元(72)均包括螺纹筒(15)，所述螺纹筒(15)的一端固定连接在前支撑弹簧(73)或后支撑弹簧(77)的末端，且所述螺纹筒(15)与前输出轴(74)或后输出轴(76)同轴心设置；
还包括舵机座(5)，所述舵机座(5)上安装有舵机(89)，所述舵机座(5)上还固定安装有丝杆安装座(6)，还包括与所述螺纹筒(15)同轴心的丝杆(8)，所述丝杆(8)的一端通过轴承与所述丝杆安装座(6)转动连接；所述丝杆(8)的另一端与所述螺纹筒(15)的内螺纹螺纹配合；所述舵机(89)的输出端与所述丝杆(8)传动连接，所述舵机(89)带动所述丝杆(8)旋转；
所述螺纹筒(15)远离裂痕检测机构(074)的一端同轴心固定安装有环形的第一铰接件座(14)，所述第一铰接件座(14)的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第一铰接件(13)；所述舵机座(5)靠近所述裂痕检测机构(074)的一端固定安装有环状的第二铰接座(4)；所述第二铰接座(4)的轮廓边缘呈圆周阵列分布有三个第二铰接件(7)；所述前行走机构(32)还包括三组沿丝杆(8)轴线呈圆周阵列分布的行走轮支架(87)；每组所述行走轮支架(87)均包括第一连杆(9)和第二连杆(10)，各所述第一连杆(9)的一端铰接连接对应的第二铰接件(7)，各所述第二连杆(10)的一端铰接连接对应的第一铰接件(11)；各所述第一连杆(9)的另一端均固定连接有主动轮单元(12)；各所述主动轮单元(12)与第一连杆(9)的连接处设置有第三铰接件(11)，各所述第二连杆(10)的另一端与所对应的第三铰接件(11)铰接连接；各所述主动轮单元(12)上均转动设置有主动轮(41)，所述主动轮单元(12)内的主动轮驱动电机能驱动所述主动轮(41)自旋转；各所述主动轮(41)的轴线均与所述丝杆(8)垂直；且各所述主动轮(41)能沿所述被测管道(50)的内壁滚动。
3.根据权利要求2所述的用于管道内壁裂痕检测机器人的执行方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，将裂痕检测机构(074)放入被测管道(50)内部，然后控制前行走单元(71)和后行走单元(72)上的舵机(89)，进而使丝杆(8)旋转，并且通过控制丝杆(8)旋转的旋转方向使螺纹筒(15)做逐渐靠近舵机座(5)的运动，由于螺纹筒(15)逐渐靠近舵机座(5)，进而使各个主动轮单元(12)做逐渐远离丝杆(8)轴线的运动，直至各个主动轮单元(12)上的主动轮(41)的轮面均接触到被测管道(50)的内壁，随着丝杆(8)的继续旋转，最终各个主动轮单元(12)上的主动轮(41)的轮面均紧密顶压被测管道(50)的内壁，此时裂痕检测机构(074)位于被测管道(50)的轴线位置；在此状态下暂停舵机(89)运行；
步骤二，同步启动各个主动轮单元(12)，使所有主动轮(41)以同一旋向转动，进而使各个主动轮(41)沿被测管道(50)滚动，进而带动前行走单元(71)、后行走单元(72)和裂痕检测机构(074)所构成的整体沿被测管道(50)内行走，直至裂痕检测机构(074)到达被测管道(50)内的预定检测段；在前行走单元(71)、后行走单元(72)和裂痕检测机构(074)所构成的整体在前行的过程中若遇到弯道、内径收缩或内径扩张的通道时适应性的控制前行走单元(71)和后行走单元(72)上的舵机(89)，使各个主动轮(41)的轮面始终保持能接触到被测管道(50)的内壁，进而使前行走单元(71)、后行走单元(72)和裂痕检测机构(074)所构成的整体结构能在被测管道(50)内稳定行走；
步骤三，裂痕检测机构(074)到达被测管道(50)内的预定检测段后，为了增加检测的准确度，控制放缓各个主动轮(41)的旋转速度，使裂痕检测机构(074)在被测管道(50)的检测段位置内缓慢推进；与此同时控制电动伸缩杆(79)，使检测摄像头(80)的位置逐渐向外运动至靠近被测管道(50)的内壁位置，使检测摄像头(80)的镜头(81)能清晰的扫描到被测管道(50)的内壁；然后同步控制前同步电机(86)和后同步电机(78)，使伸缩杆座(75)沿前输出轴(74)或后输出轴(76)轴线旋转，待伸缩杆座(75)旋转一周后，检测摄像头(80)的镜头(81)刚好扫描一圈被测管道(50)内壁；与此同时裂痕检测机构(074)在被测管道(50)的检测段位置在缓慢推进，待裂痕检测机构(074)完全通过被测管道(50)的检测段位置后，该被测管道(50)的检测段内壁也被摄像头(80)的镜头(81)完全扫描，摄像头(80)发现裂痕后会进行记录；进而实现了裂痕检测。
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