CN110988121B - 一种储罐电磁声检测机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动化无损检测技术领域，尤其涉及一种储罐电磁声检测机器人，机器人包括电磁声传感器，所述电磁声传感器包括电磁体、线圈，所述线圈设置在电磁体的固置磁场中，所述线圈与电磁控制单元的激励端和信号接收端连接，所述电磁体还使机器人吸附于储罐上。该发明的优点在于：本发明中电磁体不仅仅用于制作电磁声传感器，通过电磁控制单元控制激励磁电流大小，实现电磁声激励检测储罐，另外电磁体本身使机器人吸附在储罐上。

Description

一种储罐电磁声检测机器人
技术领域
本发明涉及自动化无损检测技术领域，尤其涉及一种储罐电磁声检测机器人。
背景技术
原油储备关乎国家能源战略安全和社会经济发展，2016年年中我国已建成9个国家石油储备基地，远期规划建立至少90天净石油进口量的储备能力，目前我国拥有高达3万台超过4000立方米的石油储罐。储罐作为石油承载容器长期服役于苛刻介质环境，罐底、灌壁等上下表面会经受石油混合物质、硫化物氧化物水溶液、氧化等腐蚀因素，甚至形成穿孔，一旦发生失效、介质泄漏，将导致火灾、爆炸、环境污染等灾难性事故。我国在近10年间内发生多起储油罐泄漏、爆炸等重大事故，如大连石油公司、扬子石化等油罐爆炸起火事故，威胁周边地区生命财产安全，造成严重环境污染。
大型油罐在油条件下易形成腐蚀减薄、裂纹等缺陷，具有隐蔽性、渐进性和突发性特点，因此储油罐底板、罐壁全面无损检测对保障其长期运行安全至关重要。当前储罐检测方式通常采用离线检测方式，检测前需清罐、除锈等处理，导致储罐利用效率低且成本高昂，同时人工检测工序复杂，检测周期长。国内外已开始研究利用机器人代替人工进行储油罐检测，可在不停工及不清罐环境下工作，检测效率高。已有的检测机器人通常采用超声、漏磁检测方法，难以实现厚度与裂纹等多种缺陷并行检测。现有爬壁机器人在爬行储罐壁过程中转向困难，同时在越障过程中吸附不可靠，易于相对工作面脱落。
发明内容
为了保证机器人在检测的同时能够保证机器人的吸附性。为此，本发明提供一种储罐电磁声检测机器人。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种储罐电磁声检测机器人，包括电磁声传感器，所述电磁声传感器包括电磁体、线圈，所述线圈设置在电磁体的固置磁场中，所述线圈两端分别与电磁控制单元的激励端和信号接收端对应连接，所述电磁体还使机器人吸附于储罐上。
进一步地，还包括机架，所述机架上还设置有行走组件和驱动组件，驱动组件用于驱动行走组件运动，所述行走组件包括吸附在储罐上的磁性机构。
对万向轮单元的限定，所述行走组件包括万向轮单元，所述万向轮单元包括轮体，所述轮体在转轴上设置有用于在储罐上接触的橡胶轮，所述磁性机构包括设置在橡胶轮上且与储罐形成磁回路的磁性单元，磁性单元的直径小于橡胶轮的直径。
对万向轮单元的进一步限定，所述橡胶轮沿着转轴的两侧分别设置有第一永磁体，所述橡胶轮上还设置有固定第一衔铁的孔，所述第一衔铁与两侧的第一永磁体和储罐形成磁回路。
对万向轮单元的进一步限定，所述第一衔铁为与橡胶轮同轴线的环形结构。
对万向轮单元的进一步限定，所述万向轮单元包括2个，对称铰接安装于机架的两侧。
对履带单元的限定，所述行走组件包括履带单元，所述履带单元包括若干块吸附板，所述吸附板阵列在履带单元上的履带上，每块吸附板均包括第二永磁体，所述吸附板在机器人行走时循环吸附与储罐上。
对履带单元的进一步限定，所述吸附板包括设置在中部的橡胶板和设置在橡胶板两侧的第二衔铁，所述第二永磁体设置在两块第二衔铁之间且位于橡胶板的上表面，所述第二永磁体、两端的第二衔铁、储罐形成磁回路。
对履带单元的进一步限定，所述履带单元为2个，所述驱动组件也包括2个，分别对应驱动相应的履带单元。
对履带单元的进一步限定，所述电磁声传感器包括电磁声测厚传感器和或电磁声导波传感器。
本发明的优点在于：
(1)本发明中电磁体不仅仅用于制作电磁声传感器，通过电磁控制单元控制激励磁电流大小，实现电磁声激励检测储罐，另外电磁体本身使机器人吸附在储罐上。
(2)机器人的行走组件上还设置有吸附在储罐上的磁性机构，这样增强机器人的吸附能力。
(3)万向轮单元通过橡胶轮，橡胶轮和磁性单元配合，橡胶轮设置防止磁体直接与储罐接触导致第一永磁体的磨损，磁性单单元用于增强吸附，另外的，万向轮设置两个，分别铰接的设置用于辅助机器人的导向。其中衔铁为环形结构，从而使得万向轮在储罐上滚动时，磁吸附更可靠。
(4)履带单元中吸附板起到了吸附的作用，履带单元相对于万向轮单元的轮式结构，接触面积更大，使得吸附能力更大，履带单元设置两个，分别与对应的驱动组件连接，这样单独控制，可以通过调整两个驱动的转速差异实现快速高效转向。多组吸附板均安装于履带单元的链条上，拆卸方便。
(5)电磁声传感器包括用于储罐壁和罐底厚度测量的测厚传感器和或用于裂纹检测的电磁声导波传感器，还可以包括其他电磁声传感器，其中测厚传感器多排间隔阵列布置，多个对称布置的电磁声导波传感器产生导波方向也对称，实现全覆盖检测，提高检测效率。
(6)本发明中采用多种电磁声传感器能够实现储罐壁和罐底厚度测量与裂纹检测，易于对腐蚀减薄和裂纹缺陷实现全覆盖在线检测，极大降低检修时间和经济成本，维持储备库生产运行的高效可靠，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为本发明中吸附板的结构示意图。
图3为万向轮单元的结构图。
图4为机器人的俯视图。
图中标注符号的含义如下：
1-机架 2-履带单元
21-吸附板 211-第二永磁体 212-第二衔铁 213-橡胶板
3-万向轮单元 31-第一永磁体 32-橡胶轮 33-第一衔铁
34-转轴 35-过渡件
41-电磁声测厚传感器 42-电磁声导波传感器
5-驱动组件 6-电磁控制单元 7-储罐
具体实施方式
如图1-4所示，一种储罐电磁声检测机器人，包括机架1、行走组件和驱动组件5、电磁声传感器，驱动组件5用于驱动行走组件运动。
所述行走组件包括吸附在储罐7上的磁性机构。在该方案中，行走组件包括万向轮单元3和履带单元2，所述驱动组件5带动履带单元2运动。所述履带单元2和驱动组件5均为2个，均对称安装于机架1前部两侧，所述万向轮单元3包括2个，对称铰接安装于机架1的后两侧。所述电磁声传感器和电磁控制单元6阵列与机架1中部。这样机器人的重心稳。
以下分别对外向轮单元、履带单元2、电磁声传感器分别描述。
万向轮单元3
如图1、图3所示，所述万向轮单元3包括轮体，所述轮体在转轴34上设置有用于在储罐7上接触的橡胶轮32，所述磁性机构包括设置在橡胶轮32上且与储罐7形成磁回路的磁性单元，用于吸附储罐7。转轴34通过过渡件35与机架1连接，实现转轴34相对于机架1转动。
所述橡胶轮32沿着转轴34的两侧分别设置有第一永磁体31，所述橡胶轮32上还设置有固定第一衔铁33的孔，所述第一衔铁33与两侧的第一永磁体31和储罐7形成磁回路。磁性单元的直径小于橡胶轮32的直径。第一永磁体31与第一衔铁32构成U字型磁吸结构，轮体与工作面接触时，三者构成磁回路，增大磁吸附力，同时避免永磁体的磨损。有效防止轮体在转动过程中磨损第一永磁体31。
优化的，所述第一衔铁33为与橡胶轮32同轴线的环形结构。环形结构保证整个橡胶轮32与储罐7形成良好的磁回路。另外的，第一衔铁33还可以为弧形结构，或者其他任何形状，只需要保证橡胶轮32两端的第一永磁体31与储罐7之间形成磁回路即可。
履带单元2
如图1、图2、图4所示，履带单元2包括若干块吸附板21，所述吸附板21阵列在履带单元2上的履带上，每块吸附板21均包括第二永磁体211，所述吸附板21在机器人行走时循环吸附与储罐7上。
所述吸附板21包括设置在中部的橡胶板213和设置在橡胶板213两侧的第二衔铁212，所述第二永磁体211设置在两块第二衔铁212之间且位于橡胶板213的上表面，所述第二永磁体211、两端的第二衔铁212、储罐7形成磁回路。橡胶板213增大了行走过程中的驱动摩擦力，并起到了保护第二永磁体211的作用。
其中2个履带单元2分别对应由两个独立的驱动组件5驱动，通过调整两个驱动组件5的转速差异实现快速高效的转向。另外的，履带单元2的履带较短，减小与储罐7的摩擦面及摩擦阻力，提高机器人的转向灵活性。
履带单元2包括沿着机器人前进方向设置多个从动链轮和一个主动链轮，所有的链轮采用链轮链条传动，其中链条沿机架1宽度方向可布置多条，沿机架1长度方向也可布置多个链轮。两侧履带单元2中的主动链轮通过传动轴分别由驱动组件5驱动，传动方法为锥齿轮传动。驱动组件5轴端部安装小锥齿轮，主动链轮传动轴端部安装大锥齿轮，两者齿数比为M:N，其中N大于M，进一步实现减速传动，增大传动力矩。
电磁声传感器
所述电磁声传感器包括电磁体、线圈，所述线圈设置在电磁体的固置磁场中，所述线圈两端分别与电磁控制单元6的激励端和信号接收端对应连接，所述电磁体还使机器人吸附于储罐7上。
所述电磁声传感器包括电磁声测厚传感器41和或电磁声导波传感器42。在该方案中，包括电磁声测厚传感器41和电磁声导波传感器42，其中电磁声测厚传感器41用于储罐7壁和罐底厚度测量，电磁声导波传感器42用于裂纹检测。其中电磁声测厚传感器41多排间隔阵列布置，多个对称布置的电磁声导波传感器42产生导波方向也对称，实现全覆盖检测，提高检测效率。在此仅仅包括电磁声测厚传感器41或电磁声导波传感器42的方案不再赘述，根据方案的需求来设置不同的电磁声传感器，另外的用于测量不同性能的电磁声传感器均可以运用。还可以使用其他的不带电磁的传感器，在此就不一一列举。
所述多种电磁声传感器由电磁铁及线圈组成，电磁铁封装于圆柱形壳体内，优化的，壳体材料为铝。圆柱形壳体安装于机架1上，电磁声传感器底部与工作面存在距离，提离高度可由圆柱形壳体和机架1相对位置调整。由电磁控制单元6控制电磁铁励磁电流大小实现电磁激励与吸附，结合永磁体吸附以保证在检测机器人前部、中部、后部均匀分布吸附力，提高了吸附可靠性。
本实施例中电磁控制单元6能够对电磁体中的励磁电流大小进行控制调节，对电磁声传感器实现足够的激励能量，同时对工作面形成合适的电磁吸附力。结合万向轮单元3和履带单元2的永磁吸附，能够保证机器人前部、中部与后部吸附力分布均匀，提高了爬壁及越障过程中的吸附可靠性。相对纯履带带动，能够使履带承担的吸附力减小，这也提高了机器人转向过程的摩擦阻力，使机器人转向更加快速灵活。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种储罐电磁声检测机器人，其特征在于，包括电磁声传感器，所述电磁声传感器包括电磁体、线圈，所述线圈设置在电磁体的固置磁场中，所述线圈两端分别与电磁控制单元(6)的激励端和信号接收端对应连接，所述电磁体还使机器人吸附于储罐(7)上；
还包括机架(1)，所述机架(1)上还设置有行走组件和驱动组件(5)，驱动组件(5)用于驱动行走组件运动，所述行走组件包括吸附在储罐(7)上的磁性机构；
所述行走组件包括万向轮单元(3)，所述万向轮单元(3)包括轮体，所述轮体在转轴(34)上设置有用于在储罐(7)上接触的橡胶轮(32)，所述磁性机构包括设置在橡胶轮(32)上且与储罐(7)形成磁回路的磁性单元，磁性单元的直径小于橡胶轮(32)的直径；
所述行走组件包括履带单元(2)，所述履带单元(2)包括若干块吸附板(21)，所述吸附板(21)阵列在履带单元(2)上的履带上，每块吸附板(21)均包括第二永磁体(211)，所述吸附板(21)在机器人行走时循环吸附与储罐(7)上；
所述履带单元(2)和驱动组件(5)均为2个，均对称安装于机架(1)前部两侧，所述万向轮单元(3)包括2个，对称铰接安装于机架(1)的后两侧。
2.根据权利要求1所述的一种储罐电磁声检测机器人，其特征在于，所述橡胶轮(32)沿着转轴(34)的两侧分别设置有第一永磁体(31)，所述橡胶轮(32)上还设置有固定第一衔铁(33)的孔，所述第一衔铁(33)与两侧的第一永磁体(31)和储罐(7)形成磁回路。
3.根据权利要求2所述的一种储罐电磁声检测机器人，其特征在于，所述第一衔铁(33)为与橡胶轮(32)同轴线的环形结构。
4.根据权利要求1所述的一种储罐电磁声检测机器人，其特征在于，所述吸附板(21)包括设置在中部的橡胶板(213)和设置在橡胶板(213)两侧的第二衔铁(212)，所述第二永磁体(211)设置在两块第二衔铁(212)之间且位于橡胶板(213)的上表面，所述第二永磁体(211)、两端的第二衔铁(212)、储罐(7)形成磁回路。
5.根据权利要求1所述的一种储罐电磁声检测机器人，其特征在于，所述电磁声传感器包括电磁声测厚传感器(41)和或电磁声导波传感器(42)。
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