CN111283696A - 一种管道内壁测厚机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道内壁测厚机器人，包括提升支架、检测车体、清洁检测执行机构和电子控制系统；提升支架包括支撑杆、电动绞盘和电动推杆；检测车体包括驱动轮、照明灯、摄像头、测距探头、测厚主机、耦合剂容器和电动液体泵；清洁检测执行机构包括机械臂、伺服电机和工具盘；电子控制系统包括无线通讯模块和电动控制模块；工具盘上分别安装有电动打磨机、耦合剂喷头模块和测厚探头模块；本发明可以自动对管道内壁进行清洁打磨及检测的测厚机器人，避免了人工高空作业，保证工作人员的安全，本发明结构科学简单，免去机器人复杂的攀爬机械结构，大大降低操作成本。

Description

一种管道内壁测厚机器人

技术领域

本发明涉及管道内壁测厚技术领域，特别地是一种管道内壁测厚机器人。

背景技术

管道内壁测厚是应对管道安全必不可少的一个环节。通过检测管道材料的厚度可以掌握管道在使用中受腐蚀影响减薄情况。在管道测厚中，超声波测厚仪是常用设备；通常大型管道会可以由工作人员携带超声波测厚仪进入管道内进行人工检测；测厚时，通常工作人员先要清洁需检测的材料表面，去除附着物，并涂抹耦合剂，再使用超声波探头对相应测试点测量。对无法人工进入的管道，通常使用管道内窥机器人携带检测设备进入检测。

现实环境中，使用人工检测有会有较大的障碍困难。例如对高空烟囱进行人工检测会有安全保障问题；例如对深埋地下的小型管道，既无法从外部检测，又不能人工进入所在的管道内检测，在这些情况下，则需要使用检测机器人对管道内壁的厚度进行检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以自动对管道内壁进行清洁打磨及检测的测厚机器人。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种管道内壁测厚机器人，包括提升支架、检测车体、清洁检测执行机构和电子控制系统；

提升支架包括支撑杆、电动绞盘和电动推杆；所述电动绞盘安装于所述支撑杆的中部；所述电动推杆的一端与所述支撑杆连接，另一端与所述检测车体连接；检测车体包括驱动轮、照明灯、摄像头、测距探头、测厚主机、耦合剂容器和电动液体泵；所述驱动轮和所述测距探头分别安装于所述检测车体靠近管道内壁的一侧；所述摄像头安装于所述检测车体的顶部；所述照明灯安装于所述摄像头上；所述测厚主机、电动液体泵和耦合剂容器由上往下分别安装在所述检测车体的内部；

清洁检测执行机构包括机械臂、伺服电机和工具盘；所述伺服电机安装于所述检测车体的外部；所述机械臂的一端连接所述检测车体，另一端连接所述工具盘；所述伺服电机连接所述机械臂；所述工具盘上分别安装有电动打磨机、耦合剂喷头模块和测厚探头模块；

电子控制系统包括无线通讯模块和电动控制模块；所述无线通讯模块和电动控制模块分别安装于所述检测车体的内部。

进一步地，所述支撑杆包括两根长杆和两根短杆；两根长杆交叉形成X型结构；每一短杆的两端分别连接每一长杆构成三角形稳定结构。

进一步地，所述电动绞盘包括绕线盘、减速电机和编码器；所述绕线盘与所述减速电机的输出轴连接；所述编码器与所述绕线盘电连接。

进一步地，所述电动打磨机包括电机外壳、内置电机、联轴器和打磨头；所述内置电机的输出轴通过所述联轴器连接所述打磨头。

进一步地，所述耦合剂喷头模块包括耦合剂喷头安装座和耦合剂喷头；耦合剂喷头通过软管与所述电动液体泵连接。

进一步地，所述测厚探头模块包括厚度检测探头安装座和厚度检测探头；所述厚度检测探头通过电缆与所述测厚主机连接。

进一步地，所述机械臂为两轴机械臂；所述机械臂的两端分别安装有伺服电机。

进一步地，所述驱动轮上连接有驱动电机。

进一步地，所述耦合剂喷头为多孔喷头；所述照明灯为LED灯组。

进一步地，每一所述长杆的两端分别设置有滑轮。

本发明的有益效果：

本发明通过设置提升支架、检测车体、清洁检测执行机构和电子控制系统。通过电子控制系统的无线通讯模块和电动控制模块控制电动绞盘转动，使设备停留在需要检测厚度的高度位置，通过电子控制系统发送电动推杆运动指令，提升支架上的电动推杆开始推动检测车体向管道或烟囱内壁接近；根据检测车体上测距探头提供的车体与管道或烟囱内壁的距离信息，电动推杆推动检测车体，直至检测车体上的驱动轮与烟囱内壁贴合并保持一定的压力；通过机械臂转动控制工作盘转动，工作盘上的电动打磨机、耦合剂喷头和厚度检测探头依次工作，最终完成管道内壁厚度的检测。本发明的优点有：

1)避免了人工高空作业，保证工作人员的安全；

2)本发明结构科学简单，免去机器人复杂的攀爬机械结构，大大降低操作成本；

3)增加厚度检测前的清洁打磨工序，保证检测效果和检测精度；

4)用户还可以根据实际需要再工具盘上增加更多设备，实施其他作业。

附图说明

图1为实施例1管道内壁测厚机器人的整体结构示意图；

图2为实施例1检测车体的结构示意图；

图3为实施例1工具盘的结构示意图；

图4为实施例1检测车体的内部结构示意图；

图5为实施例2工具盘的结构示意图。

附图中：1-提升支架；2-检测车体；3-清洁检测执行机构；4-步进电机；5-步进电机座；6-滑杆；7-推杆连接扣；11-支撑杆；12-电动绞盘；13-电动推杆；21-驱动轮；22-照明灯；23-摄像头；24-测距探头；25-测厚主机；26-耦合剂容器；27-电动液体泵；31-机械臂；32-伺服电机；33-工具盘；111-长杆；112-短杆；211-驱动电机；331-电动打磨机；332-耦合剂喷头模块；333-测厚探头模块；1111-滑轮；3311-打磨头；3321-耦合剂喷头；3322-软管；3331-厚度检测探头；3332-电缆。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1：如图1至图4所示，一种管道内壁测厚机器人，包括提升支架1、检测车体2、清洁检测执行机构3和电子控制系统；

提升支架1包括支撑杆11、电动绞盘12和电动推杆13；所述电动绞盘12安装于所述支撑杆11的中部；所述电动推杆13的一端与所述支撑杆11连接，另一端与所述检测车体2连接；

检测车体2包括驱动轮21、照明灯22、摄像头23、测距探头24、测厚主机25、耦合剂容器26和电动液体泵27；所述驱动轮21和所述测距探头24分别安装于所述检测车体2靠近管道内壁的一侧；所述摄像头23安装于所述检测车体2的顶部；所述照明灯22安装于所述摄像头23上；所述测厚主机25、电动液体泵27和耦合剂容器26由上往下分别安装在所述检测车体2的内部；需要说明的是，本发明进行工作时，工作人员将预先安装的自管道或烟囱顶部放下的钢缆与提升支架1的电动绞盘12连接，并开启摄像头23和照明灯22，照明灯22工作给摄像头23提供足够的亮度，便于拍摄；测距探头24用于提供的检测车体2与管道或烟囱内壁的距离信息。

清洁检测执行机构3包括机械臂31、伺服电机32和工具盘33；所述伺服电机32安装于所述检测车体2的外部；所述机械臂31的一端连接所述检测车体2，另一端连接所述工具盘33；所述伺服电机32连接所述机械臂31；所述工具盘33上分别安装有电动打磨机331、耦合剂喷头模块332和测厚探头模块333；电子控制系统包括无线通讯模块和电动控制模块；所述无线通讯模块和电动控制模块分别安装于所述检测车体2的内部。

具体的，本实施例方案中，所述支撑杆11包括两根长杆111和两根短杆112；两根长杆111交叉形成X型结构；每一短杆112的两端分别连接每一长杆111构成三角形稳定结构，进一步提高了提升支架1的稳定性。

具体的，本实施例方案中，所述电动绞盘12包括绕线盘、减速电机和编码器；所述绕线盘与所述减速电机的输出轴连接；所述编码器与所述绕线盘电连接。需要说明的是，编码器读取转动的转动圈数可以确定设备所在位置的高度，可以快速准确的将设备定位在需要检测的位置上，进一步提高了工作效率。

具体的，本实施例方案中，所述电动打磨机331包括电机外壳、内置电机、联轴器和打磨头3311；所述内置电机的输出轴通过所述联轴器连接所述打磨头3311。需要说明的是，内置电机给打磨头3311提供动力，使得打磨头3311对管道内壁进行有效的打磨，去除管道内壁上的杂物或杂质，有效提高了管道内壁厚度的检测精度。

具体的，本实施例方案中，所述耦合剂喷头模块332包括耦合剂喷头安装座和耦合剂喷头3321；耦合剂喷头3321通过软管3322与所述电动液体泵27连接，电动液体泵27通过软管3322连接耦合剂容器26。耦合剂喷头3321通过电动液体泵27提供的动力将耦合剂容器26里的耦合剂喷置于管道或烟囱内壁上，增强厚度检测探头与内壁的贴合力，提高管道内壁厚度的检测精度。

具体的，本实施例方案中，所述测厚探头模块333包括厚度检测探头安装座和厚度检测探头3331；所述厚度检测探头3331通过电缆3332与所述测厚主机25连接。厚度检测探头3331用于贴合于管道内壁上测量其厚度。

具体的，本实施例方案中，所述机械臂31为两轴机械臂；所述机械臂31的两端分别安装有伺服电机32。需要说明的是，通过伺服电机32提供的动力驱动机械臂31转动，进一步带动工具盘33转动，实现电动打磨机331、耦合剂喷头3321、厚度检测探头3331依次对管道内壁的进行打磨、喷涂耦合剂和检测厚度的工作。

具体的，本实施例方案中，所述驱动轮21上连接有驱动电机211。需要说明的是，驱动电机211给驱动轮21提供动力，使驱动轮21沿管道内壁水平转动。

具体的，本实施例方案中，所述耦合剂喷头3321为多孔喷头；所述照明灯22为LED灯组。需要说明的是，将耦合剂喷头3321设置为多孔喷头，使得耦合剂喷涂均匀，便于厚度检测探头3331贴合于管道内壁上；照明灯22采用LED灯组节能高效。

具体的，本实施例方案中，每一所述长杆111的两端分别设置有滑轮1111。通过设置滑轮1111，便于整个设备的移动和运输，有效提高工作效率。

具体的，本发明的具体工作原理：

1)先由地面工作人员将预先安装的自管道或烟囱顶部放下的钢缆与提升支架1的电动绞盘12连接，并开启摄像头23和照明灯22。通过电子控制系统的无线通讯模块和电动控制模块控制电动绞盘12转动，由编码器读取转动的转动圈数可以确定设备所在位置的高度。当整套设备到达指定高度后，通过电子控制系统发送指令使电动绞盘12停止转动，设备停留在需要检测厚度的高度位置。

2)通过电子控制系统发送电动推杆13运动指令，提升支架1上的电动推杆13开始推动检测车体2向管道或烟囱内壁接近；根据检测车体2上测距探头24提供的车体与管道或烟囱内壁的距离信息，电动推杆13推动检测车体2，直至检测车体2上的驱动轮21与烟囱内壁贴合并保持一定的压力。

3)随后电子控制系统发送指令，使检测车体2上的驱动轮21沿水平转动，带动车体及工具盘33沿烟囱内壁旋转运动。根据检测车体2上的摄像头23提供的位置信息，当检测车体2到达指定检测点后驱动轮21停止转动。

4)到达检测点后，工作人员发出指令，指令机械臂31运动；根据检测车体2上测距探头24提供的检测车体2与烟囱内壁的距离信息，机械臂31转动一定角度，由此带动工具盘33到达检测点。

5)工作人员发出打磨指令，工具盘33转动，使电动打磨机331的打磨头3311贴近烟囱内壁开始清洁打磨。

6)工作人员发出喷涂耦合剂指令，工具盘33转动，电动打磨机331离开检测点，配合机械臂31运动使耦合剂喷头3321贴近烟囱内壁的检测点。电动液体泵27开始工作，将耦合剂喷涂至烟囱内壁；

7)工作人员发出发出测厚指令，工作盘转动，耦合剂喷头3321离开检测点，同时厚度检测探头3331到达工作位置。机械臂31运动使得厚度检测探头3331贴合于烟囱内壁并开始测量厚度。

8)测量完成后，工作人员发出指令，机械臂31带动工作盘离开检测点，电动推杆13收缩，带动检测车体2后退，远离烟囱内壁。

9)工作人员发出电动绞盘12运动指令，提升支架1带动整套设备返回地面；完成对管道或烟囱内壁厚度的检测工作。

实施例2：实施例2与实施例1不同之处在于：

参考图5，具体的，本实施例方案中，将实施例1中的机械臂31更换为步进电机4，步进电机4与电动推杆13结合的机械机构。具体的，本实施例方案中，步进电机4安装于步进电机座5，其转动轴与工具盘33固定。步进电机座5通过滑杆6与检测车体2相对固定，可以水平滑动。电动推杆13安装于车体内，以推杆连接扣7推动所述步进电机座5作水平运动。具体实施时，通过减速步进电机转动以选择不同的工具对烟囱内壁进行清洁打磨、喷涂耦合剂和测厚作业。电动推杆13推动步进电机座5及工具盘33接近烟囱内壁，选择合适的距离完成上述清洁打磨、喷涂耦合剂和测厚作业。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：包括提升支架、检测车体、清洁检测执行机构和电子控制系统；

提升支架包括支撑杆、电动绞盘和电动推杆；所述电动绞盘安装于所述支撑杆的中部；所述电动推杆的一端与所述支撑杆连接，另一端与所述检测车体连接；检测车体包括驱动轮、照明灯、摄像头、测距探头、测厚主机、耦合剂容器和电动液体泵；所述驱动轮和所述测距探头分别安装于所述检测车体靠近管道内壁的一侧；所述摄像头安装于所述检测车体的顶部；所述照明灯安装于所述摄像头上；所述测厚主机、电动液体泵和耦合剂容器由上往下分别安装在所述检测车体的内部；

清洁检测执行机构包括机械臂、伺服电机和工具盘；所述伺服电机安装于所述检测车体的外部；所述机械臂的一端连接所述检测车体，另一端连接所述工具盘；所述伺服电机连接所述机械臂；所述工具盘上分别安装有电动打磨机、耦合剂喷头模块和测厚探头模块；

电子控制系统包括无线通讯模块和电动控制模块；所述无线通讯模块和电动控制模块分别安装于所述检测车体的内部。

2.根据权利要求1所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：所述支撑杆包括两根长杆和两根短杆；两根长杆交叉形成X型结构；每一短杆的两端分别连接每一长杆构成三角形稳定结构。

3.根据权利要求1所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：所述电动绞盘包括绕线盘、减速电机和编码器；所述绕线盘与所述减速电机的输出轴连接；所述编码器与所述绕线盘电连接。

4.根据权利要求1所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：所述电动打磨机包括电机外壳、内置电机、联轴器和打磨头；所述内置电机的输出轴通过所述联轴器连接所述打磨头。

5.根据权利要求1所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：所述耦合剂喷头模块包括耦合剂喷头安装座和耦合剂喷头；耦合剂喷头通过软管与所述电动液体泵连接。

6.根据权利要求1所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：所述测厚探头模块包括厚度检测探头安装座和厚度检测探头；所述厚度检测探头通过电缆与所述测厚主机连接。

7.根据权利要求1所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：所述机械臂为两轴机械臂；所述机械臂的两端分别安装有伺服电机。

8.根据权利要求1所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：所述驱动轮上连接有驱动电机。

9.根据权利要求5所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：所述耦合剂喷头为多孔喷头；所述照明灯为LED灯组。

10.根据权利要求2所述的一种管道内壁测厚机器人，其特征在于：每一所述长杆的两端分别设置有滑轮。

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