CN110614623A - 一种自适应变半径管道检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自适应变半径管道检测机器人,主要包括驱动机构、主架、减震机构、检测系统和控制系统,其中驱动机构由四个偏轴电机独立驱动四个麦克纳姆轮,利用电机差速运动使机器人完成旋转等运动,实现对管道的全方位巡检,减震机构配备了弹簧减震器,可以使机器人在遇到管道连接处的凸起部位时调节300型材和200型材的角度,增大机器人与管道接触的三个点形成的圆的半径,使机器人跨上管道凸起部位,越过管道凸起后,在弹簧弹力作用下机器人与管道接触的三个点形成的圆的半径恢复到原始大小并继续前进。本发明的优点在于:通过自适应变半径的结构,可以在不需要外部动力源的条件下,根据管道的外表面半径进行自动调节,减小了结构的复杂性。
Description
技术领域
本发明涉及管道机器人技术领域,具体指的是一种自适应变半径管道检测机器人。
背景技术
根据当前管道建设中的安全运营、站场事故后果以及人员不确定性等因素分析,得出天然气无人值守站建设的重要性和必要性。相比发达国家在天然气管道运行的差异,应当完善和落实“无人操作,远程控制”的建设思想,开发站场操作替代手段,降低人员参与度,实现智能化巡检。
管道检测机器人是实现管道检测的主要携带装置,用于携带摄像头等检测元件到达管道的各个部位,完成对管道资料信息的获取。在天然气无人值守站,有些管道分布得较为密集,可运动和操作的空间比较小,因此,为了完成对管道的全方位检测,机器人需具有结构小、运动灵活稳定等特点。因此,设计一种运动灵活且高效的管道检测机器人进行智能巡检是具有积极意义的。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应变半径管道检测机器人。
本发明采用的技术方案是:
一种自适应变半径管道检测机器人,其特征在于,包括:驱动机构、主架、减震机构、检测系统、控制系统;
所述驱动机构包括:麦克纳姆轮、联轴器、偏轴电机、电机连接件;
所述主架包括:185型材、300型材、角码、100型材、200型材、合页、型材主杆、支撑轮、显示屏支架、PC支架盒、螺钉;
所述减震机构包括:减震连接件、弹簧减震器;
所述检测系统包括:摄像头、超声波、显示屏、PC。
进一步地,所述驱动机构中的麦克纳姆轮、联轴器、偏轴电机和电机连接件依次相连。
进一步地,所述主架中的185型材、300型材、100型材和200型材前面的数字编号仅用于区别不同长度的型材,数字不代表具体长度;185型材、300型材、100型材通过型材专用的角码连接,连接部分为直角;机器人前后两根200型材通过角码与型材主杆相连;300型材和200型材通过合页连接,合页连接可以使300型材和200型材绕合页的旋转轴旋转,进而使同一横截面上的两只麦克纳姆轮以及支撑轮三点围成的圆的半径发生变化,达到自适应变半径的效果;型材主杆上钻有通孔,显示屏支架和PC支架盒通过螺栓连接固定在型材主杆上。
进一步地,所述减震机构的弹簧减震器两端分别通过两个减震连接件连接在角码上,两个角码分别连接在100型材和200型材上;弹簧减震器的作用是使麦克纳姆轮和支撑轮始终与管道外表面保持良好接触,弹簧减震器也可以在机器人运动过程中遇到管道连接处的凸起时收缩,使同一横截面上的两只麦克纳姆轮以及支撑轮三点围成的圆的半径变大,使机器人顺利越过管道凸起,等机器人越过管道凸起部位后弹簧减震器恢复原始长度,使同一横截面上的两只麦克纳姆轮以及支撑轮三点围成的圆的半径恢复到正常管道大小,继续在管道上运行。
进一步地,所述PC安装在PC支架盒内部,PC顶部有螺纹孔,螺钉通过PC顶部的螺纹孔与PC支架盒连接;显示屏支架与显示屏四个角上各有一个通孔,显示屏支架与显示屏通过螺钉连接。
进一步地,所述检测系统中的摄像头和超声波安装在200型材上;摄像头、超声波、显示屏和PC均与远程控制端连接和通信。
进一步地,所述驱动机构连接在控制系统上。
本发明的有益效果是:
①本发明采用的是麦克纳姆轮作为驱动轮,麦克纳姆轮的特性可以实现机器人在管道上的旋转运动(机器人在管道上做旋转运动时,麦克纳姆轮的运动控制和轮式的麦克纳姆轮机器人做横移运动的运动控制一样),配合上机器人的前进和后退运动可以实现对管道的全方位巡检。
②机器人配备的弹簧减震器,可以使机器人在遇到管道连接处的凸起部位时调节300型材和200型材的角度,增大机器人与麦克纳姆轮相接触的三点圆的半径,使机器人越过管道凸起,越过凸起后,在弹簧弹力作用下,使机器人与麦克纳姆轮相接触的三点圆的半径减小到管道外表面半径的大小。弹簧减震器可以在不需要外部动力源的条件下,根据管道的外表面半径进行自动调节,达到自适应变半径的效果,减小了结构的复杂性。
③驱动电机采用偏轴电机,电机轴与电机中轴线存在的偏差,可以调整电机中轴线与管道的距离,可以通过正装和反装来增大该值或减小该值。在需要机器人具有大体积携带空间时可以按照图6所示的反装的方式安装,增大机器人与管道之间的距离;在不需要机器人具有大体积携带空间时可以按照图6所示的正装的方式安装,减小机器人与管道之间的距离,进而减小机器人的整体体积,有利于机器人通过相对狭小的空间,机器人体积越小,运动也越灵活。
④能有效减小天然气无人值守站现在的巡检安全问题和巡检成本问题。
⑤PC中的分析程序可以将巡检过程中拍摄的图像进行分析处理,得出结果,将分析结果通过显示屏显示,并且传回远程控制端进行汇总。
⑥拍摄巡检和超声波巡检叠加使用,拍摄巡检主要检测裂缝和管道外壳剥落等情况,超声波主要检测管道厚度异常等情况。
附图说明
下面结合附图给本发明较佳实施例,以详细说明本发明的实施方案。
图1是整体立体结构示意图
图2是驱动机构结构示意图
图3是合页连接部分的局部放大图
图4是型材主杆上零件的安装示意图
图5是型材主杆上零件的安装示意图
图6是偏轴电机正装和反装的对比示意图
图中:1-麦克纳姆轮,2-联轴器,3-偏轴电机,4-电机连接件,5-185型材,6-300型材,7-角码,8-100型材,9-200型材,10-减震连接件,11-弹簧减震器,12-合页,13-型材主杆,14-摄像头,15-支撑轮,16-超声波,17-显示屏,18-显示器支架,19-PC,20-PC支架盒,21-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示,一种自适应变半径管道检测机器人,包括:驱动机构、主架、减震机构、检测系统、控制系统;
所述驱动机构包括:麦克纳姆轮1、联轴器2、偏轴电机3、电机连接件4;
所述主架包括:185型材5、300型材6、角码7、100型材8、200型材9、合页12、型材主杆13、支撑轮15、显示屏支架18、PC支架盒20、螺钉21;
所述减震机构包括:减震连接件10、弹簧减震器11;
所述检测系统包括:摄像头14、超声波16、显示屏17、PC19。
如图2所示:所述驱动机构中的麦克纳姆轮1、联轴器2、偏轴电机3和电机连接件4依次相连。工作过程中,四个麦克纳姆轮1由四个偏轴电机3独立驱动,利用各个电机的差速运动使机器人达到旋转等运动效果。
如图1~图5所示:所述主架中的185型材5、300型材6、100型材8和200型材9前面的数字编号仅用于区别不同长度的型材,数字不代表具体长度;185型材5、300型材6、100型材8通过型材专用的角码7连接,连接部分为直角;机器人前后两根200型材9通过角码7与型材主杆13相连;300型材6和200型材9通过合页12连接,合页连接可以使300型材6和200型材9绕合页12的旋转轴旋转,进而使同一横截面上的两只麦克纳姆轮1以及支撑轮15三点围成的圆的半径发生变化,达到自适应变半径的效果;型材主杆13上钻有通孔,显示屏支架18和PC支架盒20通过螺栓连接固定在型材主杆13上。
如图1、图3所示,所述减震机构的弹簧减震器11两端分别通过两个减震连接件10连接在角码7上,两个角码7分别连接在100型材8和200型材9上;弹簧减震器11的作用是使麦克纳姆轮1和支撑轮15始终与管道外表面保持良好接触,弹簧减震器11也可以在机器人运动过程中遇到管道连接处的凸起时收缩,使同一横截面上的两只麦克纳姆轮1以及支撑轮15三点围成的圆的半径变大,使机器人顺利越过管道凸起,等机器人越过管道凸起部位后弹簧减震器11恢复原始长度,使同一横截面上的两只麦克纳姆轮1以及支撑轮15三点围成的圆的半径恢复到正常管道大小,继续在管道上运行。工作过程中,弹簧减震器可以在不需要外部动力源的条件下,根据管道的外表面半径进行自动调节,达到自适应变半径的效果。
如图4、图5所示所述PC19安装在PC支架盒20内部,PC19顶部有螺纹孔,螺钉21通过PC19顶部的螺纹孔与PC支架盒20连接;显示屏支架18与显示屏17四个角上各有一个通孔,显示屏支架18与显示屏17通过螺钉21连接。
如图1所示,所述检测系统中的摄像头14和超声波16安装在200型材9上;摄像头14、超声波16、显示屏17和PC19均与远程控制端连接和通信。
所述驱动机构连接在控制系统上。
巡检过程:机器人在运行时通过摄像头对管道进行视频和图片采集,传输到机器人携带的PC中进行处理,位于操作端的显示屏可显示实时视频,若判断出管道存在故障,仍然基于该平台调用机器人携带的PC中的虚拟端口,发送信号至短信模块,即向工作人员发出预警短信;配合超声波检测进行双重检测,以无线网络的方式回传到远程操作器。远程操作端可控制机器人的运行方向、摄像头的转动方向,也可对采集到的视频进行录像、抓图、文件导出等。
以上内容对本发明的较佳实施例和基本原理做了详细论述,但本发明并不局限于上述实施方式,熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换,这些等同变形和替换都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (7)
1.一种自适应变半径管道检测机器人,其特征在于,包括:驱动机构、主架、减震机构、检测系统、控制系统;
所述驱动机构包括:麦克纳姆轮(1)、联轴器(2)、偏轴电机(3)、电机连接件(4);
所述主架包括:185型材(5)、300型材(6)、角码(7)、100型材(8)、200型材(9)、合页(12)、型材主杆(13)、支撑轮(15)、显示屏支架(18)、PC支架盒(20)、螺钉(21);
所述减震机构包括:减震连接件(10)、弹簧减震器(11);
所述检测系统包括:摄像头(14)、超声波(16)、显示屏(17)、PC(19)。
2.根据权利要求1所述的一种自适应变半径管道检测机器人,其特征在于:所述驱动机构中的麦克纳姆轮(1)、联轴器(2)、偏轴电机(3)和电机连接件(4)依次相连。
3.根据权利要求1所述的一种自适应变半径管道检测机器人,其特征在于:所述主架中的185型材(5)、300型材(6)、100型材(8)和200型材(9)前面的数字编号仅用于区别不同长度的型材,数字不代表具体长度;185型材(5)、300型材(6)、100型材(8)通过型材专用的角码(7)连接,连接部分为直角;机器人前后两根200型材(9)通过角码(7)与型材主杆(13)相连;300型材(6)和200型材(9)通过合页(12)连接,合页连接可以使300型材(6)和200型材(9)绕合页(12)的旋转轴旋转,进而使同一横截面上的两只麦克纳姆轮(1)以及支撑轮(15)三点围成的圆的半径发生变化,达到自适应变半径的效果;型材主杆(13)上钻有通孔,显示屏支架(18)和PC支架盒(20)通过螺栓连接固定在型材主杆(13)上。
4.根据权利要求1所述的一种自适应变半径管道检测机器人,其特征在于:所述减震机构的弹簧减震器(11)两端分别通过两个减震连接件(10)连接在角码(7)上,两个角码(7)分别连接在100型材(8)和200型材(9)上;弹簧减震器(11)的作用是使麦克纳姆轮(1)和支撑轮(15)始终与管道外表面保持良好接触,弹簧减震器(11)也可以在机器人运动过程中遇到管道连接处的凸起时收缩,使同一横截面上的两只麦克纳姆轮(1)以及支撑轮(15)三点围成的圆的半径变大,使机器人顺利越过管道凸起,等机器人越过管道凸起部位后弹簧减震器(11)恢复原始长度,使同一横截面上的两只麦克纳姆轮(1)以及支撑轮(15)三点围成的圆的半径恢复到正常管道大小,继续在管道上运行。
5.根据权利要求1所述的一种自适应变半径管道检测机器人,其特征在于:所述PC(19)安装在PC支架盒(20)内部,PC(19)顶部有螺纹孔,螺钉(21)通过PC(19)顶部的螺纹孔与PC支架盒(20)连接;显示屏支架(18)与显示屏(17)四个角上各有一个通孔,显示屏支架(18)与显示屏(17)通过螺钉(21)连接。
6.根据权利要求1所述的一种自适应变半径管道检测机器人,其特征在于:所述检测系统中的摄像头(14)和超声波(16)安装在200型材(9)上;摄像头(14)、超声波(16)、显示屏(17)和PC(19)均与远程控制端连接和通信。
7.根据权利要求1所述的一种自适应变半径管道检测机器人,其特征在于:所述驱动机构连接在控制系统上。
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