CN117267520A - 用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人，包括预筛节、检测节和电池节；三者通过万向节前后依次连接；预筛选节包括驱动装置、预筛装置和预筛节筒体；驱动装置包括套装固定于预筛节筒体上的前驱动皮碗和后驱动皮碗；预筛装置套装设置于预筛节筒体外部位于前后驱动皮碗之间，包括检测轮装置、传动装置及接收装置；当检测轮与管道正常内壁面接触状态下，检测元件处于常开状态，接收装置的微动开关处于常闭状态；当检测轮与管道内壁上的凹陷或腐蚀部位接触时，对应位置的检测轮沿径向外移，并通过对应的杆杆式传动组件，使接收装置的微动开关断开，检测元件进入到闭合状态，实现管道内壁缺陷检测。本发明通过预测筛选缺陷的方式达到了降低能耗的目的。

Description

用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人

技术领域

本发明属于管道检测技术领域，具体涉及一种用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人。

背景技术

管道运输是当今世界重要运输手段之一，在日常管道运输过程中难免会出现管道缺陷等问题，比如管道内壁表面可能出现腐蚀、焊缝缺陷、凹陷、壁厚变化等，而管壁内部可能出现内腐蚀、金属缺失等问题，管道机器人以其检测精度高、效率高等优点广泛应用于管道检测中。而其检测所需电能大多靠电池进行供给，所以管道机器人在进行长距离、长时间条件下的检测工作时难免会出现电池电量供应不足的情况，进而导致检测装置无法在后续管道中进行缺陷检测，这些管道缺陷问题严重地会影响介质传输效率、威胁管道安全。

目前我国油气管线总长达到16.5万千里，而单程大型石油运输管线超过200Km的不在少数，对于完成这种里程数的管道缺陷检测需要大量电能供应，而当前技术方向大多在于加装电池个数或增加电池容量、利用流体资源进行自发电来满足能源需求，但前者会导致管道机器人成本增加、后者发电方式可能效率不高且效果不佳不稳定。基于现有的管道机器人的供电情况，另一个改进方向为：从管道机器人检测装置能耗方面进行改造，通过降低检测部分工作能耗来保证管道机器人可以完成长输管道的缺陷检测工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人，包括预筛节、检测节和电池节；所述预筛节、检测节和电池节通过万向节前后依次连接；

所述预筛节用于机器人在管道内正常行驶的过程中将管道内壁表面发生缺陷的情况及时检测出，并及时反馈给检测节；所述检测节用于在预筛节检测到管道内壁表面缺陷后，及时启动检测元件对管道内壁的表面缺陷进行检测；所述电池节用于为机器人提供电能；

所述预筛选节包括驱动装置、预筛装置和预筛节筒体；所述驱动装置包括套装固定于预筛节筒体前端和后端的前驱动皮碗和后驱动皮碗；

所述预筛装置套装设置于预筛节筒体外部位于前后驱动皮碗之间的位置，所述预筛装置包括检测轮装置、传动装置及接收装置；所述检测轮装置通过前后两圈沿圆周方向均布且可实现径向位置自调节的检测轮，与管道内壁始终形成滚动接触配合；所述传动装置包括数组杠杆式传动组件及两个膨胀环；两个膨胀环分别设置在两圈检测轮的外侧；位于前端的膨胀环及位于前部一圈的每个检测轮的内侧之间分别通过一组杆杆式传动组件驱动连接；位于后端的膨胀环及位于后部一圈的每个检测轮的内侧之间分别通过一组杆杆式传动组件驱动连接；在前后部膨胀环的外侧分别沿圆周方向驱动连接有多组接收装置，每组接收装置包括一微动开关；

当检测轮与管道正常内壁面接触状态下，所述检测节的检测元件处于常开状态，接收装置的微动开关处于常闭状态；当检测轮与管道内壁上的凹陷或腐蚀部位接触时，对应位置的检测轮沿径向外移，并通过对应的杆杆式传动组件，使对应接收装置的微动开关断开，检测节的检测元件进入到闭合状态，实现管道内壁缺陷检测。

而且，所述检测轮装置包括检测轮架、固定块、检测轮轴、旋转轴、检测轮、第一弹簧、弹簧架；所述检测轮架为环形架；所述检测轮架中部与预筛节筒体套装固定连接；在检测轮架上设置有前后两圈均沿圆周方向均布设置的检测轮安装槽，检测轮安装槽为径向通槽；在每个检测轮安装槽内设置一固定块，所述固定块采用U形卡块，在U形卡块的两侧边上设置有同轴的轴孔，所述U形卡块通过穿装于其底边的螺钉与对应检测轮安装槽的一侧侧面固定连接；在U形卡块的轴孔内穿装有旋转轴；所述检测轮轴的一端设置有卡头，在卡头上设置有轴孔；所述检测轮轴通过轴孔可转动式穿装于旋转轴上，在每个检测轮轴上可转动式安装一检测轮，检测轮的外侧从检测轮架的外圈伸出，并与管道的内壁面形成接触；在每个检测轮轴的卡头的内侧分别设置有一个第一弹簧，第一弹簧的外端与卡头的内侧固定连接；第一弹簧的内端与弹簧架固定连接；每个弹簧架对应固定两个相邻的第一弹簧。

而且，在检测轮架的内圈位于两圈检测轮安装槽之间的位置设置有环形凹槽，所述环形凹槽与设置于预筛节筒体上对应位置的环形凸起部形成嵌装式定位配合，并通过螺钉进行固定连接。

而且，每组杠杆式传动组件均包括传动杠杆、支点轴、杠杆支架；传动杠杆的内端与对应弹簧架及第一弹簧的内端通过螺栓固定连接；传动杠杆的中部通过支撑轴与杠杆支架的外端形成可转动式连接，所述杠杆支架的内端固定于预筛节筒体表面；所述传动杠杆的外端与对应的膨胀环的内圈压紧接触。

而且，每组接收装置包括接收杆、第二弹簧、微动开关；接收杆一端贴合在对应膨胀环外侧，另一端固定在微动开关的壳体上，第二弹簧一端固定在接收杆上，另一端固定在微动开关的触头上，微动开关固定在预筛节筒体表面。

本发明具有的优点和积极效果为：

本发明增设有预筛节的管道机器人，在管道机器人运行过程中，可以通过预筛节部分的预筛装置对管道内壁表面的缺陷进行预测，对可能存在缺陷的地方即刻发出信号打开检测系统进行检测，在预筛装置未预测到有缺陷的地方则关闭后方检测系统，通过提前预测筛选缺陷的方式来降低管道机器人检测部分能耗，使其能够顺利完成整段长距离运输管道的检测工作，对维护管道安全有着重要保障。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图1；

图2是本发明的整体结构示意图2；

图3是本发明预筛装置在预筛节筒体上的安装示意图；

图4是图3中的A处局部放大图；

图5是本发明预筛装置的立体图；

图6是图5的B处局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人，请参见图1-图6，包括预筛节1、检测节2、电池节3。沿机器人在管道内的行走方向，所述预筛节、检测节和电池节通过万向节前后依次连接。所述预筛节用于机器人在管道内正常行驶的过程中将管道内壁表面发生缺陷的情况下及时检测出，并及时反馈给检测节。所述检测节用于在预筛节检测到管道内壁表面缺陷后，及时启动检测元件(霍尔元件传感器)对管道内壁的表面缺陷进行检测。所述电池节用于为机器人提供电能。

所述筛选节包括驱动装置11、预筛装置12、预筛节筒体13。驱动装置11包括前驱动皮碗112、前皮碗隔离套111、后驱动皮碗113和后皮碗隔离套114，所述前驱动皮碗通过螺栓固定于前皮碗隔离套上，所述前皮碗隔离套套装固定于预筛节筒体的前端，所述后驱动皮碗通过螺栓固定于后皮碗隔离套上，所述后皮碗隔离套套装固定于预筛节筒体的后端。所述前驱动皮碗和后驱动皮碗与管道的内壁形成密封接触，在前后驱动皮碗之间形成驱动机器人行走的压力差，通过管道内的流体实现对机器人的驱动。

所述预筛装置整体套设于预筛节筒体外部，并位于前驱动皮碗和后驱动皮碗之间。所述预筛装置包括检测轮装置121、传动装置122及接收装置123。

所述检测轮装置121包括检测轮架1211、固定块1212、检测轮轴1213、旋转轴1214、检测轮1215、第一弹簧1216、弹簧架1217。所述检测轮架为环形架，在检测轮架上设置有两圈均沿圆周方向均布设置的检测轮安装槽，检测轮安装槽为径向通槽。在检测轮架的内圈位于两圈检测轮安装槽之间的位置设置有环形凹槽，该环形凹槽与设置于预筛节筒体上对应位置的环形凸起部形成嵌装式定位配合，并通过螺钉进行固定连接，实现将检测轮架固定于预筛节筒体上。在每个检测轮安装槽内设置一固定块，所述固定块采用U形卡块，在U形卡块的两侧边上设置有同轴的轴孔，所述U形卡块通过穿装于其底边的螺钉与对应检测轮安装槽的一侧侧面固定连接。在U形卡块的轴孔内穿装有旋转轴，用于安装检测轮轴。所述检测轮轴的一端设置有卡头，在卡头上设置有轴孔。所述检测轮轴通过轴孔可转动式穿装于旋转轴上，在每个检测轮轴上可转动式安装一检测轮，检测轮的外侧从检测轮架的外圈伸出，并与管道的内壁面形成接触，实现在机器人沿管道行走的过程中，检测轮与管道的内壁面相接触。在每个检测轮轴的卡头的内侧分别设置有一个第一弹簧，第一弹簧的外端与卡头的内侧可通过焊接等方式形成固定连接。第一弹簧的内端与弹簧架固定连接。每个弹簧架对应固定两个相邻的第一弹簧。

传动装置122包括数组杠杆式传动组件及两个膨胀环1224。两个膨胀环套设置于预筛节筒体的外部，并分别设置于检测轮架的前方和后方位置。位于前端的膨胀环与位于前部的一圈检测轮安装槽内的每个第一弹簧的内端对应于弹簧架的位置均设置有一组杠杆式传动组件。位于后端的膨胀环及位于后部一圈的每个检测轮的内侧之间分别通过一组杆杆式传动组件驱动连接。每组杠杆式传动组件均包括传动杠杆1221、支点轴1222、杠杆支架1223。传动杠杆的内端与对应弹簧架及第一弹簧的内端通过螺栓固定连接。传动杠杆的中部通过支撑轴与杠杆支架的外端形成可转动式连接，所述杠杆支架的内端通过焊接或螺钉连接的常见方式固定于预筛节筒体上。所述传动杠杆的外端与对应的膨胀环的内圈压紧接触。

接收装置123：对应于前部膨胀环和后部膨胀环，沿圆周方向均设置有多组接收装置。

每组接收装置包括接收杆1231、第二弹簧1232、微动开关1233，接收杆采用弹性杆。接收杆1231一端贴合在对应膨胀环1224外侧，另一端固定在微动开关的壳体上，第二弹簧1232一端固定在接收杆1231上，另一端固定在微动开关1233的触头上，微动开关1233通过螺钉固定在预筛节筒体13表面。

上述检测节和电池节参考现有管道机器人，主要结构特征为：

检测节2包括支撑装置21、检测节筒体22、检测装置23、里程轮装置24。支撑装置21通过螺栓安装在检测节筒体22前后两端，检测装置23通过螺栓固定在检测节筒体22圆周上，里程轮装置24通过螺栓安装在检测节筒体22末端上，检测节筒体22前后两端中间均设有万向节槽，万向节安装在万向节槽内，支撑装置21包括支撑皮碗Ⅰ211、皮碗隔离Ⅰ212，支撑皮碗Ⅰ211上设有多个通孔，使管道内流体可以通过，支撑皮碗Ⅰ211通过螺栓与皮碗隔离Ⅰ212连接。

检测装置23包括钢刷231、永磁铁232、轭铁233、霍尔元件传感器234、底座235、弹簧片236，底座235设有多个，且通过螺栓圆周等分排列在检测节筒体22上，弹簧片236设有多个，且通过螺栓圆周等分排列在底座235上，霍尔元件传感器234设有多个，且通过螺栓固定在弹簧片236上，轭铁233设有多个，且通过螺栓固定在弹簧片236两侧，永磁铁232设有多个，且通过螺栓固定在轭铁233上，钢刷231设有多个，且均通过螺栓固定在永磁铁232上。

里程轮装置24包括检测轮241、检测轮轴242、检测轮架243、弹簧移动块244、第三弹簧245、转轴246、里程轮底座247，里程轮底座248设有多个，且通过螺栓圆周等分排列固定在检测节筒体22末端表面上，弹簧移动块244设有多个，且通过转轴246安装在里程轮底座247上，第三弹簧245一端固定在弹簧移动块244上，另一端固定在检测节筒体22末端表面上，检测轮241设有多个，且均通过检测轮轴242与检测轮架243相连。

电池节3包括支撑皮碗Ⅱ31、皮碗隔离Ⅱ32、皮碗后隔离33、电池节筒体34、控制单元35、电池36、电池盖板、里程轮装置，支撑皮碗Ⅱ31与皮碗隔离Ⅱ32通过螺栓连接，支撑皮碗Ⅱ31上设有多个通孔，使管道内流体可以向前通过从而驱动皮碗Ⅱ使管道机器人在管道内运行，皮碗后隔离33通过螺栓固定在支撑皮碗Ⅱ31后端，电池节筒体34两端装有支撑皮碗Ⅱ31与皮碗隔离Ⅱ32，控制单元35安装在电池节筒体34表面凹槽上，电池36安装在电池节筒体34内部。

本低能耗式管道检测机器人的工作原理为：

当管道检测机器人进入管道时，首先，检测节2上的霍尔元件传感器234开始处于关闭状态，在管道机器人向前运行时，检测轮1215体积较小且贴合管道内壁随之向前运行，当遇到管道内壁上凹陷、腐蚀等缺陷时，对应位置的检测轮会沿径向发生小幅度振动(外移)，第一弹簧1216会将振动传递给杠杆1221，杠杆1221将此振动放大并传向另一端，接收杆1231可以接收放大后的振动并传递给第二弹簧1232，第二弹簧1232接收振动后并传递给微动开关1233，微动开关1233由正常的闭合状态转为切断状态，控制单位23接收到微动开关切断的信号后，将即刻开启霍尔元件传感器234进行管道缺陷检测，里程轮装置24可以实现管道机器人运行里程与定位计算，在接收振动信号开启检测系统并运行一段距离后若没有额外的缺陷振动信号输入，则关闭检测系统，以此方式反复循环实现对管道内壁表面的缺陷进行检测，通过这种初筛预测缺陷的方式来降低管道机器人的整体检测能耗，使其能够顺利完成长距离运输管道的缺陷检测工作，保障管道安全。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人，其特征在于：包括预筛节、检测节和电池节；所述预筛节、检测节和电池节通过万向节前后依次连接；

所述预筛节用于机器人在管道内正常行驶的过程中将管道内壁表面发生缺陷的情况及时检测出，并及时反馈给检测节；所述检测节用于在预筛节检测到管道内壁表面缺陷后，及时启动检测元件对管道内壁的表面缺陷进行检测；所述电池节用于为机器人提供电能；

所述预筛选节包括驱动装置、预筛装置和预筛节筒体；所述驱动装置包括套装固定于预筛节筒体前端和后端的前驱动皮碗和后驱动皮碗；

所述预筛装置套装设置于预筛节筒体外部位于前后驱动皮碗之间的位置，所述预筛装置包括检测轮装置、传动装置及接收装置；所述检测轮装置通过前后两圈沿圆周方向均布且可实现径向位置自调节的检测轮，与管道内壁始终形成滚动接触配合；所述传动装置包括数组杠杆式传动组件及两个膨胀环；两个膨胀环分别设置在两圈检测轮的外侧；位于前端的膨胀环及位于前部一圈的每个检测轮的内侧之间分别通过一组杆杆式传动组件驱动连接；位于后端的膨胀环及位于后部一圈的每个检测轮的内侧之间分别通过一组杆杆式传动组件驱动连接；在前后部膨胀环的外侧分别沿圆周方向驱动连接有多组接收装置，每组接收装置包括一微动开关；

当检测轮与管道正常内壁面接触状态下，所述检测节的检测元件处于常开状态，接收装置的微动开关处于常闭状态；当检测轮与管道内壁上的凹陷或腐蚀部位接触时，对应位置的检测轮沿径向外移，并通过对应的杆杆式传动组件，使对应接收装置的微动开关断开，检测节的检测元件进入到闭合状态，实现管道内壁缺陷检测。

2.根据权利要求1所述的用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人，其特征在于：所述检测轮装置包括检测轮架、固定块、检测轮轴、旋转轴、检测轮、第一弹簧、弹簧架；所述检测轮架为环形架；所述检测轮架中部与预筛节筒体套装固定连接；在检测轮架上设置有前后两圈均沿圆周方向均布设置的检测轮安装槽，检测轮安装槽为径向通槽；在每个检测轮安装槽内设置一固定块，所述固定块采用U形卡块，在U形卡块的两侧边上设置有同轴的轴孔，所述U形卡块通过穿装于其底边的螺钉与对应检测轮安装槽的一侧侧面固定连接；在U形卡块的轴孔内穿装有旋转轴；所述检测轮轴的一端设置有卡头，在卡头上设置有轴孔；所述检测轮轴通过轴孔可转动式穿装于旋转轴上，在每个检测轮轴上可转动式安装一检测轮，检测轮的外侧从检测轮架的外圈伸出，并与管道的内壁面形成接触；在每个检测轮轴的卡头的内侧分别设置有一个第一弹簧，第一弹簧的外端与卡头的内侧固定连接；第一弹簧的内端与弹簧架固定连接；每个弹簧架对应固定两个相邻的第一弹簧。

3.根据权利要求2所述的用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人，其特征在于：在检测轮架的内圈位于两圈检测轮安装槽之间的位置设置有环形凹槽，所述环形凹槽与设置于预筛节筒体上对应位置的环形凸起部形成嵌装式定位配合，并通过螺钉进行固定连接。

4.根据权利要求2所述的用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人，其特征在于：每组杠杆式传动组件均包括传动杠杆、支点轴、杠杆支架；传动杠杆的内端与对应弹簧架及第一弹簧的内端通过螺栓固定连接；传动杠杆的中部通过支撑轴与杠杆支架的外端形成可转动式连接，所述杠杆支架的内端固定于预筛节筒体表面；所述传动杠杆的外端与对应的膨胀环的内圈压紧接触。

5.根据权利要求4所述的用于管道内壁表面缺陷检测的低能耗式管道检测机器人，其特征在于：每组接收装置包括接收杆、第二弹簧、微动开关；接收杆一端贴合在对应膨胀环外侧，另一端固定在微动开关的壳体上，第二弹簧一端固定在接收杆上，另一端固定在微动开关的触头上，微动开关固定在预筛节筒体表面。