CN111998813A - 自走式管道内涂层质量评估机器人 - Google Patents

自走式管道内涂层质量评估机器人 Download PDF

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CN111998813A CN202010847137.6A CN202010847137A CN111998813A CN 111998813 A CN111998813 A CN 111998813A CN 202010847137 A CN202010847137 A CN 202010847137A CN 111998813 A CN111998813 A CN 111998813A
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方军锋
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Abstract

本发明涉及一种自走式管道内涂层质量评估机器人,包括检测系统、控制系统、动力系统、电池箱、电源箱、无线通信盒、地线连接模组和计步模组;所述动力系统设置有安装座,检测系统设置在安装座的前端,控制系统、电池箱设置在动力系统上方,计步模组设置在安装座的前端板上,电源箱设置在安装座的后端板上,所述无线通信盒、地线连接模组设置在电源箱上,在前端板、后端板的上方两侧分别设置一个侧向支撑组件,本发明采用纯电动控制,大大精简了结构和控制元件,缩小了整体尺寸,解决现有技术中管道内机器人集成度低、整体尺寸过长、施工运输难度高、故障率高、检测结果不准确等技术问题。

Description

自走式管道内涂层质量评估机器人
技术领域
本发明属于管道机器人及非标自动化技术领域,涉及一种自走式管道内涂层质量评估机器人。
背景技术
随着现代化工业的发展,作为石油、天然气、淡化海水、化工原料等工业流体的主要运输途径,管道输送在社会经济发展中的地位越来越重要。输送石油或天然气等流体的管道长度一般可达数百公里甚至上千公里,如果管道腐蚀发生流体泄漏,将受到很大的经济损失和环境污染,因此防腐和质量检测是输送管道建设过程中的重要环节。
为防止管道腐蚀,管道的内外壁涂覆了涂层,外涂层质量可人工检测,而内涂层质量由于人无法进入管道或管线太长等因素只能依靠管道机器人去检测。现有的内涂层质量检测机器人主要由动力单元、气源单元和质量检测单元等组成,并且各单元之间为分节连接,其中的质量检测的执行机构为气动控制,必须配置气泵和储气罐等,在直径较小的管道中由于体积受限必须做成多节连接的形式,因此集成度较低,机器人整体尺寸过长,施工运输难度高,故障率高,而且在弯道、坡道中易受限无法通过。此外执行部件依靠气缸提供动力,进给量控制精度低,执行部件因常受到冲击而寿命低。
因此,亟待研制一种智能化程度高的管道内涂层质量评估机器人。
发明内容
本发明是提供一种自走式管道内涂层质量评估机器人,解决现有技术中管道内机器人集成度低、整体尺寸过长、施工运输难度高、故障率高、检测结果不准确等技术问题。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:
自走式管道内涂层质量评估机器人,包括检测系统、控制系统、动力系统、电池箱、电源箱、无线通信盒、地线连接模组和计步模组;所述动力系统设置有安装座,检测系统设置在安装座的前端,控制系统、电池箱设置在动力系统上方,计步模组设置在安装座的前端板上,电源箱设置在安装座的后端板上,所述无线通信盒、地线连接模组设置在电源箱上,在前端板、后端板的上方两侧分别设置一个侧向支撑组件。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
本发明采用纯电动控制,配备集成一体的动力系统,大大精简了结构和控制元件,缩小了整体尺寸。检测系统采用一个电机驱动两个检测方向的进给伸出,电机配合丝杆控制精度高,使进给量精确可控,利用弹簧作用进行复位。视觉系统采用可转动机构,利用角度切换,一个摄像机可监控前进、测厚和检漏三个方向。测厚模组采用双级压缩结构,增大了测厚探头接触管壁时的压缩量,这样既增长了接触时间,提供了测厚准确度,有很好的起到缓冲作用,减少了探头接触管壁时的冲击。动力系统具有自适应管道的能力,使本发明在管道内行走时能够纠偏,并且采用左右独立的动力,这样在拐弯时通过控制电机转速来适用弯道。计步系统中计步轮和编码器采用分离式,利用同步带进行传动,在本发明行走时计步轮受到的震动和冲击就不会传递给编码器,这样就大大提高了编码器计步的准确度,并提高了编码器的使用寿命。地线连接模组采用可拆卸的结构设计,既保证了地线连接的可靠性,又使地线方便断开和联接。侧向支撑组件利用简易的结构设计有效的防止了本发明意外侧向倾斜而刮蹭到管道内涂层。
本发明替换性高,可通过调整两组动力轮之间和两组从动轮之间的宽度以及检测系统在安装座上的高低来适应不同管径。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图;
图2是图1的左侧视图;
图3-图5是本发明的检测系统结构图;
图6是本发明的测厚模组结构图;
图7是本发明的动力系统结构图;
图8是本发明的计步模组结构图;
图9是本发明的地线连接模组结构图;
图10是本发明的控制原理图;
图11是本发明的控制界面图;
图中,1-检测系统,2-控制系统,3-动力系统,4-电池箱,5-电源箱,6-无线通信盒,7-地线连接模组,8-计步模组,9-侧向支撑组件;
101-旋转电机,102-减速转台,103-旋转座,104-进给电机支架,105-进给电机,106-测厚模组,107-进给丝杆,108-测厚支架,109-复位弹簧,110-检漏支架,11-电刷组件,112-带座轴承,113-触点开关,114-进给支架,115-直线滑轨,116-限位块,117-拨杆,118-丝杆螺母,119-复位轮,120-护罩,121-视觉模组;
301-从动轮,302-调节座,303-安装座,304-底盘,305-行走电机,306-减速器,307-换向器,308-动力轮,309-固定座;
601-测厚探头,602-探头固定套,603-固定座,604-小弹簧,605-大弹簧,606-压板,607-固定螺母;
701-接头,702-快卸销,703-导电块,704-第一弹簧,705-固定座。
801-直线滑轨,802-计步支架,803-计步编码器,804-轴承压盖,805-计步轮,806-轴端压板,807-轴,808-轴承,809-挡圈,810-同步带轮,811-同步带,812-第二弹簧,813-弹簧支柱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
参见图1和图2,一种自走式管道内涂层质量评估机器人,包括检测系统1、控制系统2、动力系统3、电池箱4、电源箱5、无线通信盒6、地线连接模组7和计步模组8;动力系统3设置有安装座,检测系统1设置在安装座的前端,控制系统2、电池箱4设置在动力系统3上方,计步模组8设置在安装座的前端板上,电源箱5设置在安装座的后端板上,所述无线通信盒6、地线连接模组7设置在电源箱5上,在前端板、后端板的上方两侧分别设置一个侧向支撑组件9;侧向支撑组件9包括轴承包胶轮、支撑座、轮轴、挡圈;电源箱5包括电源开关、电量显示、充电接口、电路保护系统。
参见图3-图5,检测系统1包括旋转电机101、减速转台102、旋转座103、进给电机支架104、进给电机105、测厚模组106、进给丝杆107、测厚支架108、复位弹簧109、检漏支架110、电刷组件111、带座轴承112、触点开关113、进给支架114、直线滑轨115、限位块116、拨杆117、丝杆螺母118、复位轮119、护罩120和视觉模组121;所述旋转电机101和减速转台102装配在一起,旋转座103安装在减速转台102上,进给支架114安装在旋转座103上,进给电机105和进给电机支架104装配在一起安装在进给支架114的一端,带座轴承112安装在进给支架114的另一端,进给丝杆107一端与进给电机105连接,另一端固定在带座轴承112上,丝杆螺母118与进给丝杆107连接,拨杆117安装在丝杆螺母118上,直线滑轨115有两个滑块,安装在进给支架114的外侧,限位块116安装在进给支架114的中间位置,位于直线滑轨115两个滑块的中间,测厚支架108和检漏支架110分别安装在直线滑轨115的两个滑块上,测厚模组106安装在测厚支架108上,电刷组件111安装在检漏支架110上,复位弹簧109的两端分别固定在测厚支架108和检漏支架110上,复位轮119安装在拨杆117上,触点开关113安装在进给支架114上,护罩120安装在进给支架114的外侧,视觉模组121安装在护罩上;视觉模组121包括摄像机、灯光装置和转动机构。
参见图6,测厚模组106包括测厚探头601、探头固定套602、固定座603、小弹簧604、大弹簧605、压板606、固定螺母607;测厚探头601安装在探头固定套602内,小弹簧604安装在其后,固定螺母607安装在探头固定套602的后端,将测厚探头601和小弹簧604锁紧在探头固定套602内,探头固定套602安装在固定座603内,大弹簧605安装在探头固定套602后端和固定座603内,压板606安装在固定座603后端,将探头固定套602和大弹簧605锁紧在固定座603内。
参见图7,动力系统3包括从动轮301、调节座302、安装座303、底盘304、行走电机305、减速器306、换向器307、动力轮308、固定座309;从动轮301安装在调节座302上,共有两组,分别安装在底盘304的前端左右两侧,安装座303固定在底盘304前端位置,用来安装检测系统1,固定座309安装在底盘304的后端,行走电机305、减速器306和换向器307装配在一起,共有两组,分别安装在固定座309的左右两侧,动力轮308共有两个,分别安装在左右两侧的换向器307上。
参见图8,计步系统8包括直线滑轨801、计步支架802、计步编码器803、轴承压盖804、计步轮805、轴端压板806、轴807、轴承808、挡圈809、同步带轮810、同步带811、第二弹簧812、弹簧支柱813;计步支架802安装在直线导轨801的滑块上,计步编码器803安装在计步支架802上,轴承808、轴承压盖804安装在计步支架802上,轴807固定在轴承808上,同步带811轮共两个,分别固定在轴807和计步编码器803上,并位于计步支架802的同一侧,计步轮805安装在轴807的另一端,轴807上依次固定着同步带轮810、卡圈、轴承808、计步轮805和轴端压板806,同步带811联接两个同步带轮810,第二弹簧812一端与计步支架802顶端的弹簧支柱813相连,另一端固定在动力系统3的底盘304上。
参见图9,地线连接模组7包括接头701、快卸销702、导电块703、第一弹簧704、固定座705,接头701连接着管道外部地线,插入固定座705内,通过快卸销702连接,固定座705为非金属材料,导电块703和第一弹簧704并列安装于固定座705内,导电块703在第一弹簧704的作用下与接头701紧密接触,导电块703与机器人主机的地线连接,进而使机器人地线和管道外部地线连接导电。
参见图10,控制系统2包含主控盒、行走电机驱动器、旋转电机驱动器、进给电机驱动器、测厚仪、检漏仪、摄像盒和交换机。
下面介绍本发明的工作过程:
如图1,本发明进入管道工作前,将地线连接模组7与外置地线连接,将电源箱5的电源开关打开,此时无线通信盒6与管外通讯设备配对连接,连接完成后即可通过笔记本计算机或其他便携式终端设备对本发明进行控制操作,动力系统3为本发明提供行走驱动,计步模组对行走量进行实时反馈和记录,检测系统1实现对管道内涂层的质量检测,控制系统2对所有电路控制。图10即本发明的电器电路及功能的控制原理图。
如图11,打开本发明的控制软件,软件界面左侧区域为控制命令按钮,右侧区域为摄像机实时监控画面;点击“前进”和“后退”可控制本发明在管道内行走,点击“驱动停止”可使本发明停止行走,在“前进量”和“后退量”后面的空格内输入数值可实现定距行走和后退;点击“外观检视”、“测厚”、“检漏”即可实现对管道内涂层质量的检测工作。
如图9,地线连接模组7的接头701与外置地线连接,将接头701插入固定座705即可实现地线连接;工作结束时,取下快卸销拔702拔出接头701,即可断开地线连接。
如图7,当动力系统3工作时,左右行走电机305正转或反转,通过减速器306和换向器307传动,便驱动左右动力轮308正转或反转,从而实现本产品在管道内前进或后退。
如图3-图5,检测系统1进行质量检测时,旋转电机101转动,减速转台102带动旋转座103及进给支架114绕中心旋转;当进给电机105反转,丝杆107转动并带动拨杆117向微动开关113一侧运动,直到限位轮119碰触到微动开关113,进给电机105开始正转,并正转一定圈数后,带动拨杆117走到中间位置,完成复位;测厚时,进给电机105正转,带动拨杆117向下运动,拨杆117推动测厚支架108向下运动,直至测厚模组106接触到管壁,并取得测厚探头测量的涂层厚度值后,进给电机105开始反转,带动拨杆117回到复位位置,与此同时,测厚支架8在复位弹簧9的拉力下向复位位置运动,直至碰到限位块116,则一个测厚动作完成,然后旋转电机101带动进给支架114绕中心旋转90゜,重复进行下一个测厚动作,直至整个测厚工序完成;检漏时,进给电机5反转,带动拨杆117向上运动,拨杆117推动检漏支架110向上运动,当进给电机105转动一定圈数后,电刷组件111接触到管壁,旋转电机101开始转动,带动进给支架114绕中心转动360゜,即检漏电刷111沿管壁运动一周,然后进给电机105开始正转,带动拨杆117回到复位位置,与此同时检漏支架110在复位弹簧109的拉力下向复位位置运动,直至碰到限位块116,检漏完成。视觉模组121在测厚、检漏时,会将视角转动到相应的一侧实现监控。
如图6,当测厚模组106进行测厚时,测厚探头601接触到管壁后并继续进给,测厚探头601后端的小弹簧604先进行压缩,当超过一定压缩量时,探头固定套602后端的大弹簧605开始压缩,直至探头固定套602被完全压入固定座603内。
如图8,计步系统8工作时,在第二弹簧812的拉力下,计步支架802随直线滑轨801向下滑动,使计步轮805与管道紧紧接触;当本发明在管道内行走时,计步轮805在与管道摩擦力作用下开始转动,随之通过轴807传动,带动同步带轮810和同步带811转动,继而带动编码器803转动,实现对行走距离的实时反馈。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述,只是用于帮助理解本发明,并不用以限制本发明。任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换,都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (10)

1.自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,包括检测系统(1)、控制系统(2)、动力系统(3)、电池箱(4)、电源箱(5)、无线通信盒(6)、地线连接模组(7)和计步模组(8);所述动力系统(3)设置有安装座,检测系统(1)设置在安装座的前端,控制系统(2)、电池箱(4)设置在动力系统(3)上方,计步模组(8)设置在安装座的前端板上,电源箱(5)设置在安装座的后端板上,所述无线通信盒(6)、地线连接模组(7)设置在电源箱(5)上,在前端板、后端板的上方两侧分别设置一个侧向支撑组件(9)。
2.根据权利要求1所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述检测系统(1)包括旋转电机(101)、减速转台(102)、旋转座(103)、进给电机支架(104)、进给电机(105)、测厚模组(106)、进给丝杆(107)、测厚支架(108)、复位弹簧(109)、检漏支架(110)、电刷组件(111)、带座轴承(112)、触点开关(113)、进给支架(114)、直线滑轨(115)、限位块(116)、拨杆(117)、丝杆螺母(118)、复位轮(119)、护罩(120)和视觉模组(121);所述旋转电机(101)和减速转台(102)装配在一起,旋转座(103)安装在减速转台(102)上,进给支架(114)安装在旋转座(103)上,进给电机(105)和进给电机支架(104)装配在一起安装在进给支架(114)的一端,带座轴承(112)安装在进给支架(114)的另一端,进给丝杆(107)一端与进给电机(105)连接,另一端固定在带座轴承(112)上,丝杆螺母(118)与进给丝杆(107)连接,拨杆(117)安装在丝杆螺母(118)上,直线滑轨(115)有两个滑块,安装在进给支架(114)的外侧,限位块(116)安装在进给支架(114)的中间位置,位于直线滑轨(115)两个滑块的中间,测厚支架(108)和检漏支架(110)分别安装在直线滑轨(115)的两个滑块上,测厚模组(106)安装在测厚支架(108)上,电刷组件(111)安装在检漏支架(110)上,复位弹簧(109)的两端分别固定在测厚支架(108)和检漏支架(110)上,复位轮(119)安装在拨杆(117)上,触点开关(113)安装在进给支架(114)上,护罩(120)安装在进给支架(114)的外侧,视觉模组(121)安装在护罩上。
3.根据权利要求2所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述测厚模组(106)包括测厚探头(601)、探头固定套(602)、固定座(603)、小弹簧(604)、大弹簧(605)、压板(606)、固定螺母(607);测厚探头(601)安装在探头固定套(602)内,小弹簧(604)安装在其后,固定螺母(607)安装在探头固定套(602)的后端,将测厚探头(601)和小弹簧(604)锁紧在探头固定套(602)内,探头固定套(602)安装在固定座(603)内,大弹簧(605)安装在探头固定套(602)后端和固定座(603)内,压板(606)安装在固定座(603)后端,将探头固定套(602)和大弹簧(605)锁紧在固定座(603)内。
4.根据权利要求3所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述的动力系统(3)包括从动轮(301)、调节座(302)、安装座(303)、底盘(304)、行走电机(305)、减速器(306)、换向器(307)、动力轮(308)、固定座(309);从动轮(301)安装在调节座(302)上,共有两组,分别安装在底盘(304)的前端左右两侧,安装座(303)固定在底盘(304)前端位置,用来安装检测系统(1),固定座(309)安装在底盘(304)的后端,行走电机(305)、减速器(306)和换向器(307)装配在一起,共有两组,分别安装在固定座(309)的左右两侧,动力轮(308)共有两个,分别安装在左右两侧的换向器(307)上。
5.根据权利要求4所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述的计步系统(8)包括直线滑轨(801)、计步支架(802)、计步编码器(803)、轴承压盖(804)、计步轮(805)、轴端压板(806)、轴(807)、轴承(808)、挡圈(809)、同步带轮(810)、同步带(811)、第二弹簧(812)、弹簧支柱(813);计步支架(802)安装在直线导轨(801)的滑块上,计步编码器(803)安装在计步支架(802)上,轴承(808)、轴承压盖(804)安装在计步支架(802)上,轴(807)固定在轴承(808)上,同步带(811)轮共两个,分别固定在轴(807)和计步编码器(803)上,并位于计步支架(802)的同一侧,计步轮(805)安装在轴(807)的另一端,轴(807)上依次固定着同步带轮(810)、卡圈、轴承(808)、计步轮(805)和轴端压板(806),同步带(811)联接两个同步带轮(810),第二弹簧(812)一端与计步支架(802)顶端的弹簧支柱(813)相连,另一端固定在动力系统(3)的底盘(304)上。
6.根据权利要求5所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述的地线连接模组(7)包括接头(701)、快卸销(702)、导电块(703)、第一弹簧(704)、固定座(705),接头(701)连接着管道外部地线,插入固定座(705)内,通过快卸销(702)连接,固定座(705)为非金属材料,导电块(703)和第一弹簧(704)并列安装于固定座(705)内,导电块(703)在第一弹簧(704)的作用下与接头(701)紧密接触,导电块(703)与机器人主机的地线连接,进而使机器人地线和管道外部地线连接导电。
7.根据权利要求6所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述的控制系统(2)包含主控盒、行走电机驱动器、旋转电机驱动器、进给电机驱动器、测厚仪、检漏仪、摄像盒和交换机。
8.根据权利要求7所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述的电源箱(5)包括电源开关、电量显示、充电接口、电路保护系统。
9.根据权利要求8所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述的侧向支撑组件(9)包括轴承包胶轮、支撑座、轮轴、挡圈。
10.根据权利要求9所述自走式管道内涂层质量评估机器人,其特征在于,所述视觉模组(121)包括摄像机、灯光装置和转动机构。
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