CN114776937A - 一种管道内部相控阵检测机器人及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道内部相控阵检测机器人及检测方法，该机器人包括前端驱动机构、尾部驱动机构和检测机构，以及控制终端；第一储存箱包括柔性蒙皮和两个相对设置的刚性板，第一储存箱中灌满耦合剂；相控阵检测探头设置于第一储存箱中。机器人进入管道后，前端驱动机构和尾部驱动机构提供动力驱动机器人向前移动，摄像头实时拍摄，并将拍摄的管道内壁图像和视频传送给外部的控制终端显示。吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿，柔性蒙皮与管道内壁接触，超声相控阵检测探头对管道内壁进行无损检测，并将采集的数据通过电缆传送给控制终端显示和储存，能够快速、精准、全面的判断管道内壁的缺陷，操作方便，节省人力。

Description

一种管道内部相控阵检测机器人及检测方法

技术领域

本发明属于压力管道检测设备技术领域，具体涉及一种管道内部相控阵检测机器人及检测方法。

背景技术

一些承压管道，如气体、液体输送管道，由于使用环境恶劣，以及输送介质的腐蚀等，导致管道容易内壁容易损坏，存在较大风险，因此需要进行定期检验。

但由于管道较长，管径较小，且存在一些弯曲段，导致管道很难从内部进行无损检测，因此目前大多数只能从外观对其进行检测，但是从外部进行检测存在缺陷识别都低的问题，因此继续一种从内部对管道进行检测的设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道内部相控阵检测机器人及检测方法，解决管道内壁不易检测的技术问题。

为了解决上述问题，本发明通过如下技术方案实现：

包括前端驱动机构、尾部驱动机构和检测机构，以及控制终端。

所述检测机构包括第一储存箱和相控阵检测探头，第一储存箱包括柔性蒙皮和两个相对设置的刚性板，柔性蒙皮沿两个刚性板的外缘周向蒙设，第一储存箱整体成鼓状；柔性蒙皮采用透声膜制成，刚性板与柔性蒙皮密封连接，第一储存箱中灌满耦合剂；相控阵检测探头设置于第一储存箱中，且固定于第一储存箱的中心位置；所述检测机构上设置调节组件。

所述检测机构位于前端驱动机构和尾部驱动机构之间，检测机构的一端设置有第一连接件，第一连接件通过万向节与尾部驱动机构连接；检测机构的另一端设置有第二连接件，第二连接件与通过万向节与前端驱动机构连接。

所述前端驱动机构的前端设置有广角防水摄像头。

采用该机器人对管道内壁进行检测时，柔性蒙皮突起部位与管道内壁接触；

所述前端驱动机构、尾部驱动机构和检测机构的电气组件，以及摄像头均与位于管道外部的控制终端电性连接，进行通讯。

本发明中通过设置管道机器人进入管道后，前端驱动机构和尾部驱动机构提供动力驱动机器人向前移动，在此过程中，摄像头实时拍摄，并将拍摄的管道内壁图像和视频传送给外部的控制终端显示，供检测人员初步了解管道内部的状况。检测机器人到达待检测管道末端后，控制终端控制机器人回退，收卷装置开始工作，电缆处于张紧状态，在此过程中吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿，柔性蒙皮与管道内壁接触，相控阵检测探头位于柔性蒙皮与管内壁贴合点的正下方，利用相控阵检测探头对管道内壁进行无损检测，并将检测数据实时传送至外部的控制终端。检测人员根据检测数据并结合摄像头拍摄的图像、视频，能够快速、精准、全面的判断管道内壁的缺陷。解决了管道不易从内部检测的难题，操作方便，节省人力。

通过设置柔性蒙皮，且在第一储存箱中灌满耦合剂，保证了超声波无损检测在耦合剂环境中进行检测精度更高的良好效果。柔性蒙皮采用柔性耐磨材料制成，且具有超声波易穿过的特性。对管道内壁进行检测时，柔性蒙皮与管道内壁接触，相控阵检测探头发出的超声波穿过柔性蒙皮与导管内壁进行发生反射，然后反射波再出穿过柔性蒙皮被检测探头接收。

通过设置万向节，保证检测机器人在管道中能够顺利行进，利于转弯和越障，能够很好的适应弯曲的管道，提高灵活性和适应性。

设置柔性蒙皮和耦合剂的目的就是为了在检测过程柔性蒙皮的外周面与管道内壁切合，提高检测精准度。

通过设置相控阵检测探头，提高检测效率。

通过设置调节组件，保证在检测过程中，机器人能过顺利越障，提高适用性。

进一步改进，所述检测机构还包括润湿组件，润湿组件包括采用刚性材质制成的第二储存箱，第二储存箱设置于第一储存箱的一侧，第二储存箱中灌满耦合剂；第二储存箱外周包覆有吸附棉；第二储存箱的外周面上开设只有多个毛细孔，耦合剂能够通过毛细孔渗入吸附棉中；采用该机器人对管道内壁进行检测时，吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿。

通过设置润湿组件，吸附棉与管道内壁接触，吸附在吸附棉上的耦合剂对管道内壁进行润湿，起到耦合、润滑作用，防止柔性蒙皮卡阻，提高检测精准度。且该润湿组件结构简单，易实现，成本低。

进一步改进，所述毛细孔中设置有引线，引线的一端伸入第二储存箱中，另一端与吸附棉接触。通过设置引线，起到将耦合剂引流到吸附棉中的作用。

进一步改进，所述第一储存箱和第二储存箱均为旋转体，整体呈圆柱状；

所述第一连接件和第二连接件之间固连有刚性连接杆，第一储存箱和第二储沿器轴线方向密封固定套设在刚性连接杆上；所述刚性连接杆的一端和第一连接件连接，另一端和第二连接件连接。

进一步改进，所述调节组件位于第一储存箱的一侧，且为远离润湿组件的一侧。

所述第一储存箱中远离润湿组件的刚性板中心开设有第一通孔，第一通孔的外缘向外翻折并延伸形成活塞筒，活塞筒中密封连接有活塞板；活塞板上开设有中心孔，活塞板通过中心孔滑动式套设在刚性连接杆上，且与其密封连接；

所述调节组件包括外筒、第一按压件和第二按压件；外筒的轴线与刚性连接杆的轴线重合，外筒通过连接架与对应侧的刚性板固定连接；外筒靠近尾部驱动机构的一端开设有第二通孔，靠近第一储存箱的一端开设有第三通孔；外筒内壁上沿周向均匀固定设置有四个限位滑轨，每个限位滑轨沿外筒的长度方向设置。

所述第一按压件包括第一按压杆和第一连接筒，第一按压杆的一端与第一连接筒的一端固连，另一端伸出第二通孔，第一连接筒位于外筒中，其另一端的端面设置有四组第一棘刺，每组包括两个第一棘刺；第一连接筒外周面沿周向均匀开设有四个第一滑槽，每组第一棘刺位于相邻两个第一滑槽之间，每个限位滑轨活动使卡设在对应的一个第一滑槽中，限位滑轨的长度大于第一滑槽的长度。

所述第二按压件包括第二按压杆和第二连接筒，第二按压杆的一端与第二连接筒的一端固连，另一端伸出第三通孔，第二连接筒位于外筒中，其另一端的端面设置有四组第二棘刺，每组包括两个第二棘刺；第二连接筒外周面沿周向均匀开设有四个第二滑槽，每组第二棘刺位于相邻两个第二滑槽之间，限位滑轨的长度大于第二滑槽的长度；所述第一棘刺与第二棘刺能够啮合；第二按压杆上设置有限位块，限位块位于外筒中，第二按压杆上套设有弹簧，弹簧设置于外筒中，且位于限位块第三通孔之间，弹簧的直径大于第三通孔的直径。

所述第二按压杆的末端伸出第三通孔后通过轴承与活塞板转动连接。

所述第一按压杆的末端伸出第二通孔后与第二连接件固定连接。

所述第一按压件和第二按压件均为管状结构，活动式套设在刚性连接杆上。

在检测过程，当管道内壁存在较大的凸起障碍时，机器人被卡阻不能前进，电缆处于不能继续收卷，进行如下操作；

1）、控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端从相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位退出，并沿第二棘刺的斜面滑动至插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧恢复原长度，在此过程中，带动活塞板相对活塞筒沿刚性连接杆向后退一段距离，则第一储存箱中耦合剂流入活塞筒中，柔性蒙皮的上部瘪陷与管道内壁不接触，越过障碍物；

2）、当越过障碍后，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端脱离第二滑槽，并沿第二棘刺的斜面滑动至两个相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位，没有插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧始终处于压缩状态；在此过程中，第二按压杆推动活塞板相对活塞筒向前进一段距离，将活塞筒中的耦合剂推入第一储存箱中，柔性蒙皮重新鼓起与管道内壁接触，继续进行检测。

通过设置调节组件，保证在检测过程中，机器人能过顺利越障，提高适用性。

所述调节单元的结构和自动圆珠笔结构及原理相同不在赘述。

进一步改进，所述活塞筒的末端向内翻折形成限位圈，防止在调节过程中，活塞板脱离活塞筒。

进一步改进，所述第一储存箱的两个刚性板之间固定有加强杆，防止在调节过程中，刚性板发生变形，提高结构稳定性。

进一步改进，所述前端驱动机构、尾部驱动机构结构相同，包括第一连接盘和第二连接盘，第一连接盘上沿周向均匀铰接有至少三个第一连接杆，第一连接杆的另一端固定安装有第一电机，第一电机的输出轴上安装有第一滚轮；第二连接盘沿周向均匀铰接有至少三个第二连接杆，第二连接杆的另一端固定安装有第二电机，第二电机的输出轴上安装有第二滚轮。

所述第一连接盘设置有与第二连接杆数量相同的第二支撑杆，每个第二支撑杆的另一端与对应的一个第二连接杆连接。

所述第二连接盘设置有与第一连接杆数量相同的第一支撑杆，每个第一支撑杆的另一端与对应的一个第一连接杆连接。

所述第一电机和第二电机均为伺服电机。

设置第一电机和第二电机驱动对应的第一滚轮和第二滚轮转动，第一滚轮和第二滚轮转动和管道内壁接触，利用滚轮与管道内壁之间的摩檫力，驱动机器人整体向前移动或后退。

通过设置第一支撑杆和第二支撑杆，提高结果稳定性，且使滚轮与管道内壁充分接触，适当增大摩檫力，防止滚轮打滑。

进一步改进，所述第一支撑杆和第二支撑杆均为弹性伸缩杆。因为第一连接杆与第一连接盘铰接，第二连接杆与第二连接盘铰接，通过设置弹性伸缩杆，可以根据管道内径的大小改变连接杆与管道中心线的夹角，满足不同尺寸的管道检测要求。同时因为管道内壁凸凹不平，设置弹性伸缩杆，起到缓冲和减震效果，提高机器人具有良好的越障能力，保证检测顺利进行。

进一步改进，所述刚性连接杆为空心管件，前端驱动机构上第一电机、第二电机的导线，以及和摄像头、相控阵检测探头的导线穿过刚性连接杆与电缆连接。通过将刚性连接杆设置为空心管件，便于组装走线，利于密封，减少耦合剂渗漏的风险。

所述尾部驱动机构的第一电机、第二电机与电缆连接，电缆的另一端通过收卷装置与控制终端电连接。

通过设置电缆进行供电和传送信号，解决了管道对信号屏蔽的问题。且通过设置电缆连接机器人，防止机器人意外丢失。

进一步改进，所述前端驱动机构和尾部驱动机构还包括电动推杆，电动推杆设置在第一连接盘和第二连接盘之间，其中一端与第一连接盘固连，另一端与第二连接盘固连，电动推杆的控制模块与控制终端电性连接。

通过设置电动推杆，将第一连接盘和第二连接盘连为一体，提高结果稳定性，且根据需要可以调节电动推杆的伸缩长度，改变第一连接盘和第二连接盘之间的距离，调节连接杆与管道中心线的夹角，以满足不同尺寸的管道检测要求。

基于上述用于管道内部相控阵检测的机器人的检测方法，包括如下步骤：

步骤一：将检测机器人放入待检测管道中，且位于入口处，控制终端和收卷装置位于管道外部；机器人所有的第一滚轮和第二滚轮均与管道内壁接触；

步骤二：控制终端与外部电源接通，通过电缆给机器人供电，并通讯；控制第一电机和第二电机工作，分别驱动对应的第一滚轮和第二滚轮转动，带动机器人沿管道内壁向前移动，摄像头工作，将拍摄的管道内壁图像和视频，通过电缆传送给控制终端显示，并储存；操作人员根据拍摄的图像和视频初步判断管道内部的情况；

在此过程开始前，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端从相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位退出，并沿第二棘刺的斜面滑动至插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧恢复原长度，在此过程中，带动活塞板相对活塞筒向后退一段距离，则第一储存箱中耦合剂流入活塞筒中，柔性蒙皮的上部瘪陷，与管道内壁不接触；

步骤三：检测机器人到达待检测管道末端后，控制终端控制机器人回退，收卷装置开始工作，电缆处于张紧状态，在此过程中吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿，柔性蒙皮与管道内壁接触，超声相控阵检测探头对管道内壁进行无损检测，并将采集的数据通过电缆传送给控制终端显示和储存；

在此过程开始前，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端脱离第二滑槽，并沿第二棘刺的斜面滑动至两个相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位，没有插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧始终处于压缩状态；

在此过程中，第二按压杆推动活塞板相对活塞筒向前进一段距离，将活塞筒中的耦合剂推入第一储存箱中，柔性蒙皮鼓起与管道内壁接触；

步骤四：控制终端控制收卷装置工作，收卷电缆直至机器人退回至管道入口处，检测完成。

进一步优化，在检测过程，当管道内壁存在较大的凸起障碍时，机器人被卡阻不能前进，电缆不能继续收卷，则进行如下操作；

1）、控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端从相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位退出，并沿第二棘刺的斜面滑动至插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧恢复原长度，在此过程中，带动活塞板相对活塞筒向后退一段距离，则第一储存箱中耦合剂流入活塞筒中，柔性蒙皮的上部瘪陷与管道内壁不接触，越过障碍物；

2）、当越过障碍后，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端脱离第二滑槽，并沿第二棘刺的斜面滑动至两个相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位，没有插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧始终处于压缩状态；在此过程中，第二按压杆推动活塞板相对活塞筒向前进一段距离，将活塞筒中的耦合剂推入第一储存箱中，柔性蒙皮重新鼓起与管道内壁接触，继续进行检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中通过设置管道机器人进入管道后，前端驱动机构和尾部驱动机构提供动力驱动机器人向前移动，在此过程中，摄像头实时拍摄，并将拍摄的管道内壁图像和视频传送给外部的控制终端显示，供检测人员初步了解管道内部的状况。检测机器人到达待检测管道末端后，控制终端控制机器人回退，收卷装置开始工作，电缆处于张紧状态，在此过程中吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿，柔性蒙皮与管道内壁接触，相控阵检测探头位于柔性蒙皮与管内壁贴合点的正下方，利用相控阵检测探头对管道内壁进行无损检测，并将检测数据实时传送至外部的控制终端。检测人员根据检测数据并结合摄像头拍摄的图像、视频，能够快速、精准、全面的判断管道内壁的缺陷。解决了管道不易从内部检测的难题，操作方便，节省人力。

2、通过设置柔性蒙皮，且在第一储存箱中灌满耦合剂，保证了超声波无损检测在耦合剂环境中进行检测精度更高的良好效果。柔性蒙皮采用柔性耐磨材料制成，且具有超声波易穿过的特性。对管道内壁进行检测时，柔性蒙皮与管道内壁接触，相控阵检测探头发出的超声波穿过柔性蒙皮与导管内壁进行发生反射，然后反射波再出穿过柔性蒙皮被检测探头接收。柔性蒙皮连接，能够很好的适应弯曲的管道。另外柔性蒙皮具有一定的弹性，受管道内壁挤压变形后，能够很好适应管道内壁凸凹不平和者弯曲的的环境，适用性强。采用耐磨材质制成不会破裂，使用寿命长。

3、通过设置万向节，保证检测机器人在管道中能够顺利行进，利于转弯和越障，提高灵活性和适应性。

4、通过设置润湿组件，吸附棉与管道内壁接触，吸附在吸附棉上的耦合剂对管道内壁进行润湿，起到耦合、润滑作用，防止柔性蒙皮卡阻，提高检测精准度。且该润湿组件结构简单，易实现，成本低。

5、通过设置调节组件，保证在检测过程中，机器人能过顺利越障，提高适用性。

附图说明

图1为用于管道内部相控阵检测的机器人的结构示意图；

图2为检测机构和调节组件的整体结构示意图；

图3为调节组件的一个使用状态结构示意图；

图4为调节组件沿轴向的剖视图；

图5为调节组件的另一个使用状态结构示意图；

图6为管道内部相控阵检测机器人的系统框图；

图7为采用本发明所述管道内部相控阵检测机器人进行检测的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一：

如图1-6所示，用于管道内部相控阵检测的机器人，包括前端驱动机构1、尾部驱动机构2和检测机构3，以及控制终端。

所述检测机构3包括第一储存箱31和相控阵检测探头32，第一储存箱31包括柔性蒙皮312和两个相对设置的刚性板311，柔性蒙皮沿两个刚性板的外缘周向蒙设，第一储存箱31整体成鼓状；柔性蒙皮312采用透声膜制成，刚性板311与柔性蒙皮312密封连接，第一储存箱中31灌满耦合剂；相控阵检测探头32设置于第一储存箱中，且固定于第一储存箱31的中心位置。所述检测机构上设置有调节组件34。

所述检测机构还包括润湿组件33，润湿组件包括采用刚性材质制成的第二储存箱331，第二储存箱331设置于第一储存箱31的前侧（图1中的箭头表示机器人沿管道前进的方向，及前侧，与之对应的为后侧），第二储存箱331中灌满耦合剂；第二储存箱外周包覆有吸附棉332；第二储存箱的外周面上开设只有多个毛细孔，耦合剂能够通过毛细孔渗入吸附棉中；采用该机器人对管道内壁进行检测时，吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿。

所述检测机构3位于前端驱动机构1和尾部驱动机构2之间，检测机构3的一端设置有第一连接件6，第一连接件6通过万向节9与尾部驱动机构2连接；检测机构3的另一端设置有第二连接件5，第二连接件5与通过万向节9与前端驱动机构1连接。

采用该机器人对管道内壁进行检测时，柔性蒙皮与管道内壁接触。

所述前端驱动机构的前端设置有广角防水摄像头10。

所述前端驱动机构、尾部驱动机构和检测机构的电气组件，以及摄像头均与位于管道外部的控制终端电性连接，进行通讯。

在本实施例中，所述耦合剂为水，成本低，润湿效果好。在其他实施例中，根据需要可以选择不同的耦合剂。

本发明中通过设置管道机器人进入管道后，前端驱动机构和尾部驱动机构提供动力驱动机器人向前移动，在此过程中，摄像头实时拍摄，并将拍摄的管道内壁图像和视频传送给外部的控制终端显示，供检测人员初步了解管道内部的状况。检测机器人到达待检测管道末端后，控制终端控制机器人回退，收卷装置开始工作，电缆处于张紧状态，在此过程中吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿，柔性蒙皮与管道内壁接触，相控阵检测探头位于柔性蒙皮与管内壁贴合点的正下方，利用相控阵检测探头对管道内壁进行无损检测，并将检测数据实时传送至外部的控制终端。检测人员根据检测数据并结合摄像头拍摄的图像、视频，能够快速、精准、全面的判断管道内壁的缺陷。解决了管道不易从内部检测的难题，操作方便，节省人力。

通过设置柔性蒙皮，且在第一储存箱中灌满耦合剂，保证了超声波无损检测在耦合剂环境中进行检测精度更高的良好效果。柔性蒙皮采用柔性耐磨材料制成，且具有超声波易穿过的特性。对管道内壁进行检测时，柔性蒙皮与管道内壁接触，相控阵检测探头发出的超声波穿过柔性蒙皮与导管内壁进行发生反射，然后反射波再出穿过柔性蒙皮被检测探头接收。

通过设置万向节，保证检测机器人在管道中能够顺利行进，利于转弯和越障，能够很好的适应弯曲的管道，提高灵活性和适应性。

设置柔性蒙皮和耦合剂的目的就是为了在检测过程柔性蒙皮的外周面与管道内壁切合，提高检测精准度。

通过设置相控阵检测探头，提高检测效率。

通过设置润湿组件，吸附棉与管道内壁接触，吸附在吸附棉上的耦合剂对管道内壁进行润湿，起到耦合、润滑作用，防止柔性蒙皮卡阻，提高检测精准度。且该润湿组件结构简单，易实现，成本低。

在本实施例中，所述毛细孔中设置有引线，引线的一端伸入第二储存箱中，另一端与吸附棉接触。通过设置引线，起到将耦合剂引流到吸附棉中的作用。

在本实施例中，如图2所示，所述第一储存箱31和第二储存箱331均为旋转体，整体呈圆柱状；所述第一连接件和第二连接件之间固连有刚性连接杆8，第一储存箱和第二储沿器轴线方向密封固定套设在刚性连接杆上；所述刚性连接杆的一端和第一连接件连接，另一端和第二连接件连接。

在本实施例中，如图3所示，所述调节组件34位于第一储存箱31的一侧，且为远离润湿组件33的一侧。

如图2所示，所述第一储存箱31中远离润湿组件的刚性板311中心开设有第一通孔，第一通孔的外缘向外翻折并延伸形成活塞筒3111，活塞筒中密封连接有活塞板3113；活塞板上开设有中心孔，活塞板通过中心孔滑动式套设在刚性连接杆8上，且与其密封连接。

在本实施例中，所述活塞筒的末端向内翻折形成限位圈3112，防止在调节过程中，活塞板脱离活塞筒。

在本实施例中，所述第一储存箱31的两个刚性板之间固定有加强杆3114，防止在调节过程中，刚性板发生变形，提高结构稳定性。

如图3、4所示，所述调节组件34包括外筒3411、第一按压件和第二按压件；外筒341的轴线与刚性连接杆8的轴线重合，外筒通过连接架343与对应侧的刚性板固定连接；外筒靠近尾部驱动机构的一端开设有第二通孔，靠近第一储存箱31的一端开设有第三通孔；外筒内壁上沿周向均匀设置有四个限位滑轨3414，每个限位滑轨3414沿外筒341的长度方向设置。

所述第一按压件包括第一按压杆3412和第一连接筒3413，第一按压杆3412的一端与第一连接筒3413的一端固连，另一端伸出第二通孔，第一连接筒位于外筒中，其另一端的端面设置有四组第一棘刺，每组包括两个第一棘刺34131；第一连接筒外周面沿周向均匀开设有四个第一滑槽，每组第一棘刺位于相邻两个第一滑槽之间，每个限位滑轨3414活动使卡设在对应的一个第一滑槽中，限位滑轨的长度大于第一滑槽的长度。

所述第二按压件包括第二按压杆3416和第二连接筒3415，第二按压杆3416的一端与第二连接筒3415的一端固连，另一端伸出第三通孔，第二连接筒位于外筒中，其另一端的端面设置有四组第二棘刺，每组包括两个第二棘刺34151；第二连接筒外周面沿周向均匀开设有四个第二滑槽，每组第二棘刺位于相邻两个第二滑槽之间，限位滑轨的长度大于第二滑槽的长度；所述第一棘刺34131与第二棘刺34151能够啮合；第二按压杆3416上设置有限位块3417，限位块3417位于外筒中，第二按压杆3416上套设有弹簧3418，弹簧设置于外筒中，且位于限位块第三通孔之间，弹簧的直径大于第三通孔的直径。

所述第二按压杆3416的末端伸出第三通孔后通过轴承342与活塞板3113转动连接。第一按压杆3412的末端伸出第二通孔后与第二连接件5固定连接。所述第一按压件和第二按压件均为管状结构，活动式套设在刚性连接杆8上，整体稳定性高。

在检测过程，当管道内壁存在较大的凸起障碍时，机器人被卡阻不能前进，电缆不能继续收卷，进行如下操作；

1）、控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端从相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位退出，并沿第二棘刺的斜面滑动至插入第二滑槽中，第二按压件转动90度，如图3所示；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构沿刚性连接杆向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧恢复原长度，在此过程中，带动活塞板相对活塞筒向后退一段距离，则第一储存箱中耦合剂流入活塞筒中，柔性蒙皮的上部瘪陷与管道内壁不接触，越过障碍物；

2）、当越过障碍后，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨3414的末端脱离第二滑槽，并沿第二棘刺的斜面滑动至两个相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位，没有插入第二滑槽34152中，第二按压件转动90度，如图5所示；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧始终处于压缩状态；在此过程中，第二按压杆推动活塞板相对活塞筒向前进一段距离，将活塞筒中的耦合剂推入第一储存箱中，柔性蒙皮重新鼓起与管道内壁接触，继续进行检测。

通过设置调节组件，保证在检测过程中，机器人能过顺利越障，提高适用性。

所述调节单元的结构和自动圆珠笔结构及原理相同不在赘述。

在本实施例中，所述前端驱动机构1、尾部驱动机构2结构相同，包括第一连接盘11和第二连接盘12，第一连接盘上沿周向均匀铰接有三个第一连接杆13，第一连接杆13的另一端固定安装有第一电机，第一电机的输出轴上安装有第一滚轮19；第二连接盘12沿周向均匀铰接有三个第二连接杆14，第二连接杆14的另一端固定安装有第二电机，第二电机的输出轴上安装有第二滚轮20。

所述第一连接盘11设置有与第二连接杆14数量相同的第二支撑杆15，每个第二支撑杆的另一端与对应的一个第二连接杆连接。

所述第二连接盘12设置有与第一连接杆13数量相同的第一支撑杆16，每个第一支撑杆的另一端与对应的一个第一连接杆连接。

所述第一电机和第二电机均为伺服电机。

在其他实施例中，第一连接杆和第二连接杆的数量可以为4个、5个等，根据具体情况而定。

设置第一电机和第二电机驱动对应的第一滚轮和第二滚轮转动，第一滚轮和第二滚轮转动和管道内壁接触，利用滚轮与管道内壁之间的摩檫力，驱动机器人整体向前移动或后退。图1中的箭头表示机器人前进方向。

通过设置第一支撑杆和第二支撑杆，提高结果稳定性，且使滚轮与管道内壁充分接触，适当增大摩檫力，防止滚轮打滑。

在本实施例中，所述第一支撑杆16和第二支撑杆15均为弹性伸缩杆。因为第一连接杆与第一连接盘铰接，第二连接杆与第二连接盘铰接，通过设置弹性伸缩杆，可以根据管道内径的大小改变连接杆与管道中心线的夹角，满足不同尺寸的管道检测要求。同时因为管道内壁凸凹不平，设置弹性伸缩杆，起到缓冲和减震效果，提高机器人具有良好的越障能力，保证检测顺利进行。

在本实施例中，所述刚性连接杆8为空心管件，前端驱动机构1上第一电机、第二电机的导线，以及和摄像头10、压力传感器、相控阵检测探头32的导线穿过刚性连接杆8与电缆18连接；所述第一电机的导线，尾部驱动机构2的第一电机、第二电机与电缆连接，电缆的另一端通过收卷装置与控制终端电连接。通过设置电缆进行供电和传送信号，解决了管道对信号屏蔽的问题。且通过设置电缆连接机器人，防止机器人意外丢失。

在本实施例中，所述前端驱动机构和尾部驱动机构还包括电动推杆21，电动推杆设置在第一连接盘和第二连接盘之间，其中一端与第一连接盘固连，另一端与第二连接盘固连，电动推杆的控制模块与控制器电性连接。

通过设置电动推杆，将第一连接盘和第二连接盘连为一体，提高结果稳定性，且根据需要可以调节电动推杆的伸缩长度，改变第一连接盘和第二连接盘之间的距离，调节连接杆与管道中心线的夹角，以满足不同尺寸的管道检测要求。

实施例二：

如图7所示，基于上述用于管道内部相控阵检测的机器人的检测方法，包括如下步骤：

步骤一：将检测机器人放入待检测管道中，且位于入口处，控制终端和收卷装置位于管道外部；机器人所有的第一滚轮和第二滚轮均与管道内壁接触；

步骤二：控制终端与外部电源接通，通过电缆给机器人供电，并通讯；控制第一电机和第二电机工作，分别驱动对应的第一滚轮和第二滚轮转动，带动机器人沿管道内壁向前移动，摄像头工作，将拍摄的管道内壁图像和视频，通过电缆传送给控制终端显示，并储存；操作人员根据拍摄的图像和视频初步判断管道内部的情况；

在此过程开始前，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端从相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位退出，并沿第二棘刺的斜面滑动至插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧恢复原长度，在此过程中，带动活塞板相对活塞筒向后退一段距离，则第一储存箱中耦合剂流入活塞筒中，柔性蒙皮的上部瘪陷，与管道内壁不接触；

步骤三：检测机器人到达待检测管道末端后，控制终端控制机器人回退，收卷装置开始工作，电缆处于张紧状态，在此过程中吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿，柔性蒙皮与管道内壁接触，超声相控阵检测探头对管道内壁进行无损检测，并将采集的数据通过电缆传送给控制终端显示和储存；

在检测过程开始前，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端脱离第二滑槽，并沿第二棘刺的斜面滑动至两个相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位，没有插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆沿刚性连接杆向后退一段距离，弹簧始终处于压缩状态；在此过程中，第二按压杆推动活塞板相对活塞筒向前进一段距离，将活塞筒中的耦合剂推入第一储存箱中，柔性蒙皮鼓起与管道内壁接触；

在检测过程，当管道内壁存在较大的凸起障碍时，机器人被卡阻不能前进，电缆不能继续收卷，进行如下操作；

1）、控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端从相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位退出，并沿第二棘刺的斜面滑动至插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆沿刚性连接杆向后退一段距离，弹簧恢复原长度，在此过程中，带动活塞板相对活塞筒向后退一段距离，则第一储存箱中耦合剂流入活塞筒中，柔性蒙皮的上部瘪陷与管道内壁不接触，越过障碍物；

2）、当越过障碍后，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端脱离第二滑槽，并沿第二棘刺的斜面滑动至两个相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位，没有插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧始终处于压缩状态；在此过程中，第二按压杆推动活塞板相对活塞筒向前进一段距离，将活塞筒中的耦合剂推入第一储存箱中，柔性蒙皮重新鼓起与管道内壁接触，继续进行检测。

步骤四：控制终端控制收卷装置工作，收卷电缆直至机器人退回至管道入口处，检测完成。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，包括前端驱动机构、尾部驱动机构和检测机构，以及控制终端；

所述检测机构包括第一储存箱和相控阵检测探头，第一储存箱包括柔性蒙皮和两个相对设置的刚性板，柔性蒙皮沿两个刚性板的外缘周向蒙设，第一储存箱整体成鼓状；柔性蒙皮采用透声膜制成，刚性板与柔性蒙皮密封连接，第一储存箱中灌满耦合剂；相控阵检测探头设置于第一储存箱中，且固定于第一储存箱的中心位置；所述检测机构上设置有调节组件；

所述检测机构位于前端驱动机构和尾部驱动机构之间，检测机构的一端设置有第一连接件，第一连接件通过万向节与尾部驱动机构连接；检测机构的另一端设置有第二连接件，第二连接件与通过万向节与前端驱动机构连接；

所述前端驱动机构的前端设置有广角防水摄像头；

采用该机器人对管道内壁进行检测时，柔性蒙皮突起部位与管道内壁接触；

所述前端驱动机构、尾部驱动机构和检测机构的电气组件，以及摄像头均与位于管道外部的控制终端电性连接，进行通讯。

2.根据权利要求1所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述检测机构还包括润湿组件，润湿组件包括采用刚性材质制成的第二储存箱，第二储存箱设置于第一储存箱的一侧，第二储存箱中灌满耦合剂；第二储存箱外周包覆有吸附棉；第二储存箱的外周面上开设只有多个毛细孔，耦合剂能够通过毛细孔渗入吸附棉中；采用该机器人对管道内壁进行检测时，吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿。

3.根据权利要求2所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述毛细孔中设置有引线，引线的一端伸入第二储存箱中，另一端与吸附棉接触。

4.根据权利要求3所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述第一储存箱和第二储存箱均为旋转体，整体呈圆柱状；

所述第一连接件和第二连接件之间固连有刚性连接杆，第一储存箱和第二储沿器轴线方向密封固定套设在刚性连接杆上；所述刚性连接杆的一端和第一连接件连接，另一端和第二连接件连接。

5.根据权利要求4所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述调节组件位于第一储存箱的一侧，且为远离润湿组件的一侧；

所述第一储存箱中远离润湿组件的刚性板中心开设有第一通孔，第一通孔的外缘向外翻折并延伸形成活塞筒，活塞筒中密封连接有活塞板；活塞板上开设有中心孔，活塞板通过中心孔滑动式套设在刚性连接杆上，且与其密封连接；

所述调节组件包括外筒、第一按压件和第二按压件；外筒的轴线与刚性连接杆的轴线重合，外筒通过连接架与对应侧的刚性板固定连接；外筒靠近尾部驱动机构的一端开设有第二通孔，靠近第一储存箱的一端开设有第三通孔；外筒内壁上沿周向均匀固定设置有四个限位滑轨，每个限位滑轨沿外筒的长度方向设置；

所述第一按压件包括第一按压杆和第一连接筒，第一按压杆的一端与第一连接筒的一端固连，另一端伸出第二通孔，第一连接筒位于外筒中，其另一端的端面设置有四组第一棘刺，每组包括两个第一棘刺；第一连接筒外周面沿周向均匀开设有四个第一滑槽，每组第一棘刺位于相邻两个第一滑槽之间，每个限位滑轨活动使卡设在对应的一个第一滑槽中，限位滑轨的长度大于第一滑槽的长度；

所述第二按压件包括第二按压杆和第二连接筒，第二按压杆的一端与第二连接筒的一端固连，另一端伸出第三通孔，第二连接筒位于外筒中，其另一端的端面设置有四组第二棘刺，每组包括两个第二棘刺；第二连接筒外周面沿周向均匀开设有四个第二滑槽，每组第二棘刺位于相邻两个第二滑槽之间，限位滑轨的长度大于第二滑槽的长度；所述第一棘刺与第二棘刺能够啮合；第二按压杆上设置有限位块，限位块位于外筒中，第二按压杆上套设有弹簧，弹簧设置于外筒中，且位于限位块第三通孔之间，弹簧的直径大于第三通孔的直径；

所述第二按压杆的末端伸出第三通孔后通过轴承与活塞板转动连接；

所述第一按压杆的末端伸出第二通孔后与第二连接件固定连接；

所述第一按压件和第二按压件均为管状结构，活动式套设在刚性连接杆上。

6.根据权利要求5所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述活塞筒的末端向内翻折形成限位圈。

7.根据权利要求6所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述第一储存箱的两个刚性板之间固定有加强杆。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述前端驱动机构、尾部驱动机构结构相同，均包括第一连接盘和第二连接盘，第一连接盘上沿周向均匀铰接有至少三个第一连接杆，第一连接杆的另一端固定安装有第一电机，第一电机的输出轴上安装有第一滚轮；第二连接盘沿周向均匀铰接有至少三个第二连接杆，第二连接杆的另一端固定安装有第二电机，第二电机的输出轴上安装有第二滚轮；

所述第一连接盘设置有与第二连接杆数量相同的第二支撑杆，每个第二支撑杆的另一端与对应的一个第二连接杆连接；

所述第二连接盘设置有与第一连接杆数量相同的第一支撑杆，每个第一支撑杆的另一端与对应的一个第一连接杆连接；

所述第一电机和第二电机均为伺服电机。

9.根据权利要求8所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述第一支撑杆和第二支撑杆均为弹性伸缩杆。

10.根据权利要求9所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于， 所述刚性连接杆为空心管件，前端驱动机构上第一电机、第二电机的导线，以及摄像头、相控阵检测探头的导线穿过刚性连接杆与电缆连接；

所述尾部驱动机构的第一电机、第二电机与电缆连接，电缆的另一端与收卷装置固定后和控制终端电连接。

11.根据权利要求10所述的管道内部相控阵检测机器人，其特征在于，所述前端驱动机构和尾部驱动机构还包括电动推杆，电动推杆设置在第一连接盘和第二连接盘之间，其中一端与第一连接盘固连，另一端与第二连接盘固连，电动推杆的控制模块与控制终端电性连接。

12.基于权利要求1-11中任一项所述管道内部相控阵检测机器人的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将检测机器人放入待检测管道中，且位于入口处，控制终端和收卷装置位于管道外部；机器人所有的第一滚轮和第二滚轮均与管道内壁接触；

步骤二：控制终端与外部电源接通，通过电缆给机器人供电，并通讯；控制第一电机和第二电机工作，分别驱动对应的第一滚轮和第二滚轮转动，带动机器人沿管道内壁向前移动，摄像头工作，将拍摄的管道内壁图像和视频，通过电缆传送给控制终端显示，并储存；操作人员根据拍摄的图像和视频初步判断管道内部的情况；

在此过程开始前，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端从相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位退出，并沿第二棘刺的斜面滑动至插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧恢复原长度，在此过程中，带动活塞板相对活塞筒向后退一段距离，则第一储存箱中耦合剂流入活塞筒中，柔性蒙皮的上部瘪陷，与管道内壁不接触；

步骤三：检测机器人到达待检测管道末端后，控制终端控制机器人回退，收卷装置开始工作，电缆处于张紧状态，在此过程中吸附棉与管道内壁接触对其进行润湿，柔性蒙皮与管道内壁接触，超声相控阵检测探头对管道内壁进行无损检测，并将采集的数据通过电缆传送给控制终端显示和储存；

在此过程开始前，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端脱离第二滑槽，并沿第二棘刺的斜面滑动至两个相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位，没有插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧始终处于压缩状态；

在此过程中，第二按压杆推动活塞板相对活塞筒向前进一段距离，将活塞筒中中的耦合剂推入第一储存箱中，柔性蒙皮鼓起与管道内壁接触；

步骤四：控制终端控制收卷装置工作，收卷电缆直至机器人退回至管道入口处，检测完成。

13.基于权利要求12所述管道内部相控阵检测机器人的检测方法，其特征在于，在检测过程，当管道内壁存在较大的凸起障碍时，机器人被卡阻不能前进，电缆处于不能继续收卷，进行如下操作；

1）、控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端从相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位退出，并沿第二棘刺的斜面滑动至插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧恢复原长度，在此过程中，带动活塞板相对活塞筒向后退一段距离，则第一储存箱中耦合剂流入活塞筒中，柔性蒙皮的上部瘪陷与管道内壁不接触，越过障碍物；

2）、当越过障碍后，控制终端发出指令控制尾部驱动机构向前进一小段距离，前端驱动机构向后退一小段距离；在此过程中按压调节机构的第一按压杆，推动第一连接筒移动，弹簧被压缩，限位滑轨的末端脱离第二滑槽，并沿第二棘刺的斜面滑动至两个相邻两个第二棘刺之间的凹陷部位，没有插入第二滑槽中，第二按压件转动90度；然后控制终端发出指令控制尾部驱动机构向后退后一小段距离，前端驱动机构向前进一小段距离，第一按压杆和第二按压杆向后退一段距离，弹簧始终处于压缩状态；在此过程中，第二按压杆推动活塞板相对活塞筒向前进一段距离，将活塞筒中的耦合剂推入第一储存箱中，柔性蒙皮重新鼓起与管道内壁接触，继续进行检测。

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