CN117433592A - 一种石油管道机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种石油管道机器人，其包括安装工装，包括前端固定架、中部固定架和尾部固定架，前端固定架和中部固定架之间固定有管轴；障碍物检测模块，安装在前端固定架的头部；视觉传达模块，转动设置在管轴上，包括集成在支撑工装上的相机光源模块和激光传感器模块，相机光源模块和激光传感器模块与焊缝之间存在设定距离；驱动模块，设置在前端固定架内，用于驱动视觉传达模块转动；行走模块，用于与石油管道的内壁贴合；供能模块和处理器，集成在尾部固定架内，障碍物检测模块和驱动模块的传输线缆穿设在管轴内，管轴的外部套设有滑环，视觉传达模块的传输线缆通过滑环连接至供能模块和处理器。本申请具有提高焊缝检测精度的效果。
Description
技术领域
本申请涉及石油管道探测设备的技术领域，尤其是涉及一种石油管道机器人。
背景技术
随着我国经济技术的高速发展，管道运输作为一种经济安全的运输方式，得到大量应用，尤其是远距离石油管道的应用。石油管道铺设时，需要焊接工将多节石油管道的首尾依次焊接。由于人工焊接时只能通过肉眼观察到外部的焊接情况，而无法得知石油管道内部的焊接质量，而焊缝的内部缺陷，如夹渣、气孔等，会在高温、高压、强腐蚀等情况下容易造成管道泄漏，引发安全事故。所以，对石油管道内部的焊缝进行无损检测是保证管道系统安全运行的重要检验步骤之一。
目前的石油管道机器人多是利用超声波传感器和相机对焊缝的尺寸和颜色进行检测。超声波传感器和相机多集成固定在同一工装上，超声波传感器通过发射超声波，再接收被测物体反射回来的声波进行计算，从而测量出物体的位置、形状和尺寸等信息；相机拍摄焊缝并经其内部的图像传感器将图像传输给外部的终端设备。然而超声波传感器发射超声波时需要与被测焊缝限制较长的一段距离，当这段距离内存在障碍物时，则发射和反射声波时则会受障碍物的影响，导致检测精度不高。
发明内容
为了提高对石油管道内部焊缝质量检测的检测精度，本申请提供一种石油管道机器人。
本申请提供的一种石油管道机器人采用如下的技术方案：
一种石油管道机器人，包括：
安装工装，包括前端固定架、中部固定架和尾部固定架，所述前端固定架和所述中部固定架之间固定有延伸方向平行于石油管道轴线的管轴；
障碍物检测模块，安装在所述前端固定架的头部，用于感知前方环境；
视觉传达模块，转动设置在所述管轴上，包括集成在支撑工装上的相机光源模块和激光传感器模块，所述相机光源模块和激光传感器模块与焊缝之间存在设定距离；
驱动模块，设置在所述前端固定架内，用于驱动视觉传达模块转动；
行走模块，包括至少两组行走轮，各组所述行走轮沿所述安装工装的周向设置有至少三个，所述行走轮用于与石油管道的内壁贴合；
供能模块和处理器，集成在所述尾部固定架内，其中，所述障碍物检测模块以及所述驱动模块的传输线缆穿设在所述管轴内，所述管轴的外部套设有滑环，所述视觉传达模块的传输线缆通过所述滑环连接至所述供能模块和所述处理器。
通过采用上述技术方案，使用时，行走模块沿石油管道内壁向前行走，并利用障碍物检测模块检测并扫除前方的障碍物，视觉传达模块在正对内部焊缝的位置对焊缝的颜色以及尺寸进行转动式拍摄和采集，并将采集到的结果实时反馈到处理器；相机光源模块以及激光传感器模块与焊缝之间存在设定距离，便于焊缝落在激光传感器发出激光束的扫描范围内，同时也极大程度上缩小了拍摄、扫描时与焊缝之间的距离，大大降低了该设定距离内存在障碍物的可能性，转动式拍摄和扫描的方式便于将整圈焊缝的情况均采集到，并且激光传感器相比较超声波传感器的检测精度更高，大大提高了检测精度。
优选的，所述前端固定架为头部开口且内部设有与所述开口连通的空腔的壳体，所述障碍物检测模块包括固定在所述开口内的前置摄像头和沿所述前置摄像头周向布置的环形光源，所述前端固定架的头部设置成锥形，且所述前端固定架的外部罩设有前端防护鼻锥。
通过采用上述技术方案，前置摄像头可以将前方的情况拍摄并传输至外界的终端设备，以便外界检测人员感知石油管道内部的情况，环形光源用于在漆黑环境下给前置摄像头进行照明；设置前端防护鼻锥可以有效降低障碍物将障碍物检测模块毁坏的概率，保障前置摄像头的正常使用。
优选的，所述驱动模块包括固定在所述空腔内的驱动电机，所述驱动电机的转子伸出所述前端固定架的底板且与所述管轴平行，所述驱动电机通过齿轮传动件带动所述支撑工装转动。
通过采用上述技术方案，在前端固定架内设置驱动电机，可以在保障前端固定架、中部固定架以及管轴均保持不动的情况下带动视觉传达模块转动，结构简单，安装方便。
优选的，所述相机光源模块和所述激光传感器模块分设在所述支撑工装两侧且两者呈180°夹角设置。
通过采用上述技术方案，将相机光源模块和激光传感器模块呈180°夹角设置，可以有效避免相机光源模块和激光传感器模块对彼此的成形视野互相遮挡，有利于各自获得最大范围的成形视野，有利于提高检测精度。
优选的，所述视觉传达模块还包括用于调节所述相机光源模块和所述激光传感器模块成形视野的视野调节组件；
所述支撑工装包括长方体框架和滑动连接在所述长方体框架两端的安装架，所述安装架的滑动方向与石油管道的轴线垂直，所述相机光源模块和所述激光传感器模块分别安装在所述安装架上，所述视野调节组件用于带动所述安装架上下移动以分别调节所述相机光源模块、所述激光传感器模块与石油管道内壁的距离。
通过采用上述技术方案，通过视野调节组件分别带动相机光源模块和激光传感器模块上下滑动，从而调节相机光源模块和激光传感器模块与焊缝之间的距离，当与焊缝之间的距离增加时，则成形视野增大，当与焊缝之间的距离减小时，则成形视野减小，有利于根据被测管道的不同内径调节以获得最佳的成形视野。
优选的，所述长方体框架上固定有向外延伸且平行设置的两个耳板，所述视野调节组件集成在两个所述耳板之间的空间；
所述视野调节组件包括缠绕有牵索绳的卷绕滚轮以及转动设置在所述耳板之间棘轮棘爪锁止件，所述卷绕滚轮同轴固定在棘轮的一侧，所述牵索绳远端与所述安装架固定，所述安装架与所述长方体框架之间设置有支撑弹簧。
通过采用上述技术方案，当正向转动棘轮棘爪锁止件时，棘轮带动卷绕滚轮同步转动，进而带动牵索绳继续在卷绕滚轮上缠绕，从而可以带动安装架向下滑动并逐渐压缩支撑弹簧，扩大相机光源模块和激光传感器模块的成形视野。
优选的，所述行走轮包括支撑轴体和轮主体，所述支撑轴体铰接设置在固定底座内，所述固定底座上集成有用于调节所述行走轮与石油管道内壁贴合度的角度调节组件；
所述固定底座包括底部的基座以及与所述支撑轴体铰接的U型底座，所述基座内开设有延伸方向与石油管道轴线平行的导向孔，所述角度调节组件包括沿所述导向孔滑动的滑块以及连接在所述滑块与所述支撑轴体尾部的钩簧，所述基座上设置有用于带动所述滑块滑动并拉动所述行走轮转动的调节件。
通过采用上述技术方案，设置角度调节件对行走轮和石油管道内壁的贴合度进行调节，使得本申请可以应用到不同内径的石油管道的检测中；通过控制调节件带动滑块沿导向孔的延伸方向逐渐滑动，滑块移动时，拉动钩簧，滑块拉动拉簧的拉力作用到支撑轴体的尾部，从而可以带动支撑轴体绕垂直于石油管道的水平轴线转动，以调节支撑轴体育石油管道轴线的夹角，从而实现行走轮贴合度的调节。
优选的，还包括用于临时固定在所述视觉传达模块外部的缺陷检测模块，所述缺陷检测模块包括临时固定架以及安装在所述临时固定架上的组合形成环状的若干缺陷卡片，若干所述缺陷卡片上分别刻印有焊缝不同种类的缺陷，所述相机光源模块以及激光传感器模块用于转动扫描所述缺陷卡片并将其种类录入数据库。
通过采用上述技术方案，缺陷检测模块用于在检测前或者检测完成后安装在视觉传达模块外部，驱动电机启动带动视觉传达模块转动，相机光源模块和激光传感器模块转动拍摄和扫描缺陷卡片上的缺陷种类，便于将缺陷卡片上的种类一一录入数据库中，处理器将实际检测到的焊缝情况与数据库中的缺陷种类对比，以便于以得出与该焊缝情况最相适配的处理方案。
优选的，所述尾部固定架与所述中部固定架之间连接有波纹管。
通过采用上述技术方案，尾部固定架与中部固定架之间采用柔性连接的方式，便于通过弯曲的石油管道。
优选的，所述石油管道机器人设置在用于与被测石油管道对接的初始管道中，所述初始管道中设置有用于推动所述石油管道机器人前进的柔性推杆，所述柔性推杆的远端与所述尾部固定架连接。
通过采用上述技术方案，通过将本申请的石油管道机器人设置在与被测石油管道管径一致的初始管道中，使用时将初始管道与被测石油管道对接，便于将石油管道机器人沿被测石油管道的轴线推入到被测石油管道中，保障检测的精确性。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
本申请通过设置集成了相机光源模块和激光传感器模块的视觉传达模块，且视觉传达模块转动设置，进行检测时，视觉传达模块正对内部焊缝，并转动视觉传达模块一周以对整圈的焊缝进行拍摄扫描，由于拍摄和扫描时与焊缝的距离大大缩减，可以有效减小障碍物对检测精度的影响，并且激光传感器具有更高的检测精度，有利于进一步提高检测精度；
通过设置视野调节组件便于对相机光源模块和激光传感器模块的成形视野进行调节，便于根据不同被测石油管道的内径调节成形视野，便于获得最佳的成形视野；
通过设置角度调节组件，拉动支撑轴体转动以调节支撑轴体与石油管道轴线的夹角，便于根据被测管道的内径调节轮主体与石油管道内壁之间的贴合度。
附图说明
图1是本申请石油管道机器人的整体结构示意图。
图2是为了体现管轴的连接位置所做的局部结构示意图。
图3是为了体现障碍物检测模块与前端固定架的连接关系所做的局部剖面示意图。
图4是视觉传达模块和驱动模块的结构示意图。
图5是为了体现视觉传达模块在管轴上安装位置的局部结构示意图。
图6是视觉传达模块的结构示意图。
图7是视野调节组件的结构示意图。
图8是缺陷检测模块的结构示意图。
图9是尾部固定架的结构示意图。
图10是尾部固定架的剖面示意图。
图11是行走轮的结构示意图。
附图标记说明：1、安装工装；11、前端固定架；111、开口；112、空腔；113、前端防护鼻锥；12、中部固定架；13、尾部固定架；131、上游对中固定环；132、下游对中固定环；133、安装舱；1331、散热片；134、尾端防护鼻锥；14、管轴；2、障碍物检测模块；21、前置摄像头；22、环形光源；3、视觉传达模块；31、支撑工装；311、长方体框架；3111、安装板；312、安装架；313、固定环；314、支撑板；315、滑杆；316、支撑弹簧；317、耳板；318、半环套筒；3181、刻度指示孔；319、销轴；32、相机光源模块；321、检测相机；322、照明光源；33、激光传感器模块；34、滑环；35、滑环线缆罩；4、驱动模块；41、驱动电机；42、主动齿轮；43、从动齿轮；44、电机齿轮罩；5、视野调节组件；51、牵索绳；52、卷绕滚轮；53、棘轮棘爪锁止件；531、棘轮；532、棘爪；533、扭簧；534、拨杆；535、旋钮；54、导向滚轮；6、行走模块；61、行走轮；611、支撑轴体；612、轮主体；613、连接轴；62、固定底座；621、基座；6211、导向孔；622、U型底座；63、角度调节组件；631、滑块；632、钩簧；633、调节件；64、调节工装；641、调节杆；6411、固定孔；642、U型底托；643、夹持架；6431、安装孔；644、内六角螺钉；7、供能模块；71、锂电池组；72、电量显示屏；8、处理器；9、缺陷检测模块；91、临时固定架；911、撑片；912、固定杆；92、缺陷卡片；10、波纹管；101、固定接头；102、万向球；103、推杆固定夹。
具体实施方式
以下结合附图1-11对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种石油管道机器人。参照图1和图11，石油管道机器人包括安装工装1、行走模块6、位于安装工装1行进前端的障碍物检测模块2、转动设置在安装工装1上的以对管道内部焊缝进行拍摄和扫描的视觉传达模块3、驱动视觉传达模块3转动的驱动模块4、处理器8和供能模块7。障碍物检测模块2、视觉传达模块3以及驱动模块4均与处理器8、供能模块7通过传输线缆实现电连接。
参照图1和图2，安装工装1包括前端固定架11、中部固定架12和尾部固定架13。前端固定架11和中部固定架12之间固定安装有延伸方向与石油管道的轴线平行的管轴14。视觉传达模块3转动设置在管轴14上并以管轴14为轴线进行转动。障碍物检测模块2集成在前端固定架11的头部以对石油管道内部的路况进行探测，并将探测到的情况实施传输至处理器8，处理器8与外界检测人员的终端设备无线连接，便于提前预知石油管道机器人行进过程中存在障碍物的情况。
参照图2和图3，具体的，前端固定架11为头部开口111且内部设有与开口111连通的空腔112的壳体。障碍物检测模块2设置在开口111中，包括固定在开口111内的前置摄像头21和沿前置摄像头21周向布置的环形光源22。前置摄像头21随石油管道机器人的行进石油管道内部的环境实时拍摄，其内部的图像传感器将生成的图像信号实时传输至处理器8，处理器8对图像信号进行处理并传输至终端设备。环形光源22用于在漆黑环境下为前置摄像头21照明，便于图像显示清晰。前置摄像头21的供电线缆、信号传输线缆以及环形光源22的供电线缆穿设在管轴14内并与供能模块7、处理器8连接。
为了保护前置摄像头21，降低前置摄像头21受撞击出现损坏的概率，前端固定架11的头部设置成轴线与管轴14的轴线重合的锥状。且在前端固定架11的外部固定有前端防护鼻锥113，前端防护鼻锥113的前端突出前置摄像头21实现对前置摄像头21的包裹，可以大大降低前置摄像头21被撞坏的概率，降低后期的维护成本。
参照图1和图4，视觉传达模块3包括转动设置在前端固定架11和中部固定架12之间的支撑工装31以及集成在支撑工装31上的相机光源模块32和激光传感器模块33。参照图5，支撑工装31包括通过轴承转动设置在管轴14上的长方体框架311以及安装在长方体框架311上的安装架312。安装架312设置有两个，安装架312的中部开设有开口111且开口111的位置安装有向支撑架中间延伸的托架，相机光源模块32和激光传感器模块33固定在所述托架内且被开口111夹持，以实现相机光源模块32和激光传感器模块33在安装架312上的固定。
具体的，参照图6，相机光源模块32包括检测相机321以及用于为检测相机321照明的照明光源322。照明光源322环绕检测相机321的周向设置有四个，安装架312为四个十字板，每个照明光源322分别固定在两个十字板之间，四个照明光源322之间固定有用于安装检测相机321的固定板。检测相机321用于转动拍摄内部焊缝的颜色和形状，并经过内置的图像传感器将生成的图像信号传输至处理器8，处理器8处理该图像信号并输出至终端设备。
激光传感器模块33包括激光测距传感器，激光测距传感器对准目标（内部焊缝）发射激光脉冲，激光脉冲被目标反射后向四面八方散射。部分散射光返回激光测距传感器，并被其内部的光学系统接收后，之后可以在具有内部放大功能的光学传感器上成像形成光信号，并将该光信号并将其转换为相应的电信号。激光测距传感器将电信号输送至处理器8，处理器8对该电信号进行比对处理以生成被测处焊缝的精确尺寸，最高可精确至毫米级，使用激光测距传感器大大提高了检测精度。并且检测前，设计人员会根据待检测石油管道的内径设计支撑工装31的尺寸，使得检测相机321和激光测距传感器与内部焊缝之间存在设定距离，该设定距离远小于石油管道的半径，大大降低了在该设定距离内存在障碍物的概率，改善了受障碍物而导致检测精度不高的问题。该设定距离一般为10~12cm，可以在保障检测精度的同时降低检测相机321和激光测距传感器受磨损而损坏的概率。
参照图3和图4，由于视觉传达模块3是转动的，为实现传输线缆由转动到静止的转换，在管轴14的外部套设有滑环34，相机光源模块32和激光传感器模块33的信号传输线缆和供电线缆通过滑环34连接至处理器8和供电模块。为了降低滑环34受潮而短路的概率，在滑环34的外部罩设有滑环34线缆罩，滑环34线缆罩一端与长方体框架311两端的支撑板314通过螺钉固定连接，另一端设置有轴承，以与中部固定架12实现转动连接。
参照图3和图5，驱动模块4包括设置在前端固定架11空腔112内的驱动电机41，驱动电机41的转子贯穿并伸出前端固定架11的底板，且转子的轴线与管轴14平行设置。驱动模块4还包括固定在转子上且位于前端固定架11外部的主动齿轮42以及固定在长方体框架311上的用于与主动齿轮42啮合的从动齿轮43，长方体框架311的中部设置有圆盘形的固定环313，从动齿轮43固定在固定环313上，固定环313的内部设置有轴承以实现与管轴14的转动连接。为了减小石油管道内潮湿环境对驱动电机41的影响，视觉传达模块3和前端固定架11之间安装有电机齿轮罩44，电机齿轮罩44罩设在主动齿轮42和从动齿轮43的外部。
参照图4，为了使得相机光源模块32和激光传感器模块33均能获得最佳的成形视野，安装架312分别安装在长方体框架311的两端，使得检测相机321和激光测距传感器呈180°夹角设置，可以有效避免相机光源模块32和激光传感器模块33对彼此的成形视野互相遮挡，提高检测精度。
参照图4，本申请的视觉传达模块3还包括用于调节相机光源模块32和激光传感器模块33成形视野的视野调节组件5，以根据待测石油管道的内径适应性调节，以使得对不同内径石油管道检测时均能获得最佳的成形视野。安装架312滑动连接在长方体框架311的两端且滑动方向与石油管道的轴线垂直。视野调节组件5用于带动安装架312上下移动以分别调节相机光源模块32、激光传感器模块33与石油管道内壁的距离，当与焊缝之间的距离增加时，则成形视野增大，当与焊缝之间的距离减小时，则成形视野减小。
具体的，参照图5和图6，长方体框架311的两端均向两侧水平延伸形成有支撑板314，安装架312的四角处固定有沿垂直于石油管道轴线方向延伸的滑杆315，滑杆315滑动连接在支撑板314上且滑杆315外部套设有支撑弹簧316，当拉动安装架312向下移动时，压紧支撑弹簧316，支撑弹簧316为安装架312提供支撑力和张紧力。
参照图6和图7，长方体框架311上一体成型有向外延伸且延伸方向与安装架312的滑动方向垂直的安装板3111，安装板3111设置有两个且分别位于长方体框架311的两侧。在安装板3111上固定有向外延伸且平行设置的两个耳板317，两个耳板317之间通过固定轴连接，视野调节组件5集成在两个耳板317之间的空间。视野调节组件5包括缠绕有牵索绳51的卷绕滚轮52以及转动设置在耳板317之间棘轮棘爪锁止件53。棘轮棘爪锁止件53包括转动设置在任意一个耳板317内侧的棘轮531，转动连接在同一耳板317内侧的用于卡止棘轮531的棘爪532，且棘爪532与耳板317的连接处设置有扭簧533，保障在棘轮531每次转动后棘爪532可以在扭簧533的回复力作用下与棘轮531卡紧。卷绕滚轮52同轴固定在棘轮531的一侧，牵索绳51远端与安装架312固定。
参照图7，优选的，两个耳板317之间还转动设置有用于对牵引绳支撑、导向的导向滚轮54，实现牵索绳51由竖直状态到水平状态的转向。当转动棘轮531时，带动牵索绳51继续缠绕在卷绕滚轮52上，从而可以带动安装架312向下滑动。棘爪532卡紧棘轮531的下一个锯齿，有利于实现安装架312移动的缓慢调节，可以适用于被测石油管道内径变化较小的情况。为了便于带动棘轮531转动，在耳板317背离棘轮531的一侧转动连接有与棘轮531连接的旋钮535。棘爪532上固定有拨杆534，当需要将控制安装架312向上滑动时，直接拨动拨杆534以将棘爪532抬起，解除棘爪532与棘轮531的锁定，使得安装架312在支撑弹簧316的回复力作用下逐渐回弹，直至安装架312运动至设定的高度。
参照图6，相机光源模块32和激光传感器模块33成形视野的调节在检测前根据被测石油管道的内径进行，检测人员根据安装架312与支撑板314之间的距离对成形视野进行调节，为了便于检测人员得知安装架312与支撑板314之间的距离，在支撑板314背离安装架312的一侧固定有半环套筒318，滑杆315在半环套筒318内滑动。沿半环套筒318的轴线开设有刻度指示孔3181，刻度指示孔3181的附近标记有指示刻度。滑杆315上横向穿设有销轴319，销轴319穿到刻度指示孔3181内，随着安装架312和滑杆315的上下移动，销轴319也在刻度指示孔3181内上下移动，因此可以通过销轴319正对的指示刻度来得知安装架312和支撑板314之间的距离。
参照图8，本申请的石油管道机器人还包括用于在检测前或者检测完成后临时固定在视觉传达模块3外部的缺陷检测模块9。缺陷检测模块9包括临时固定架91以及安装在临时固定架91上的组合形成环状的若干缺陷卡片92。若干缺陷卡片92上分别刻印有焊缝不同种类的缺陷，相机光源模块32以及激光传感器模块33用于转动扫描缺陷卡片92并将其种类录入数据库。在实际使用时，缺陷检测模块9拆下，相机光源模块32以及激光传感器模块33将检测到的焊缝图像实时传递至处理器8，处理器8处理生成关于被测焊缝的数据信息并与数据库中的缺陷种类对比，以便于生成并存储与该被测焊缝情况最相适配的处理方案。
优选的，若干缺陷卡片92使用磁吸快粘的形式连接，便于后期针对性更换。临时固定架91包括撑片911和固定杆912，撑片911固定在缺陷卡片92的两侧，撑片911远离缺陷卡片92的一端与固定杆912连接，固定杆912用于插入前端固定架11和中部固定架12侧壁上预留的插孔内，便于临时固定架91的拆装。缺陷卡片92与相机光源模块32以及激光传感器模块33存在一定距离，该距离通过滑动撑片911以改变撑片911在固定杆912上的固定高度进行调节，以保障缺陷卡片92的形状全部落在相机光源模块32以及激光传感器模块33的成形视野内。
参照图1和图9，所述尾部固定架13包括上游对中固定环131、下游对中固定环132以及安装在上游对中固定环131和下游对中固定环132之间的安装舱133，供能模块7和处理器8设置在安装舱133内，上游对中固定环131与中部固定架12之间连接有波纹管10，波纹管10通过两端的固定接头101分别固定在上游对中固定环131和中部固定架12之间，以便于本申请的石油管道机器人通过具有曲率的石油管道。
参照图10，供能模块7包括锂电池组71以及设置在下游对中固定环132的电量显示屏72，便于检测人员根据电量显示屏72上显示的电量对锂电池组71充电。安装舱133的侧壁由若干散热片1331组成，便于散热。
参照图11，行走模块6包括至少两组行走轮61，每组行走轮61包括沿安装工装1的周向布置有至少三个，行走轮61用于与石油管道的内壁贴合并行走。本申请以行走轮61设置有三组，三组行走轮61分别设置在中部固定架12、上游对中固定环131、下游对中固定环132上，且各组行走轮61分别设置有三个为例进行说明。为了保障行走轮61与石油管道内壁的贴合度，行走轮61应柔性固定在安装工装1上。
具体的，参照图11，行走轮61通过固定底座62安装在安装工装1上。行走轮61包括支撑轴体611和轮主体612，轮主体612设置有两个，且两个轮主体612转动连接在连接轴613上并通过连接轴613固定在支撑轴体611的一端。固定底座62包括固定在安装工装1上的基座621以及固定在基座621顶部的U型底座622。支撑轴体611和U型底座622铰接以实现行走轮61的柔性连接，在石油管道机器人通过焊缝或者石油管道内壁凹凸不平的部分时，行走轮61绕支撑轴体611与U型底座622的铰接点转动，从而降低视觉传达模块3受到的震感，以保障视觉传达模块3的对内部焊缝的正常检测，保障检测的精度。
为了使得行走轮61可以根据石油管道的内径调节其与石油管道内壁之间的贴合度，在固定底座62上还集成有用于角度调节组件63。基座621内部开设有延伸方向与石油管道轴线平行的导向孔6211。角度调节组件63包括用于沿导向孔6211滑动的滑块631、连接在滑块631与所述支撑轴体611尾部的钩簧632（图中仅为示意）以及设置在基座621上的用于带动滑块631滑动并拉动所述行走轮61转动的调节件633。调节件633包括转动设置在基座621内的螺杆，螺杆穿设在导向孔6211内且与导向孔6211的轴线平行。滑块631螺纹连接在螺杆上且滑块631的两端伸出导向孔6211。当转动螺杆时，滑块631受导向孔6211的限位导向作用以沿导向孔6211滑动。滑块631滑动时，滑块631移动时，拉动钩簧632，滑块631拉动拉簧的拉力作用到支撑轴体611的尾部，从而可以带动支撑轴体611绕垂直于石油管道的水平轴线转动，以调节支撑轴体611与石油管道轴线的夹角，从而实现行走轮61贴合度的调节。在导向孔6211的附近也刻印有指示刻度，便于根据滑块631移动的距离计算得出行走轮61转动的角度。
进一步的，支撑轴体611上固定有调节工装64，以通过调节支撑轴体611和U型底座622的铰接点来调节行走轮61的张合度，从而使得轮主体612与石油管道的内壁更加贴合。调节工装64包括固定在支撑轴体611上的且延伸方向同支撑轴体611一致的调节杆641以及夹持在支撑轴体611外部的并U型底座622铰接的U型底托642。U型底托642和调节杆641通过螺栓固定连接，沿调节杆641的延伸方向间隔开设有多个固定孔6411，通过调节U型底托642与调节杆641的连接位置，以调节支撑轴体611向外伸出的长度，从而调节行走轮61的张合度。
由于支撑轴体611的位置可调，为了实现钩簧632与支撑轴体611的连接，从U型底托642的顶部向支撑轴体611的尾部延伸形成夹持架643，夹持架643的尾端固定有内六角螺钉644，钩簧632的钩挂部挂设在内六角螺钉644的杆部。为了保障支撑轴体611与U型底托642固定稳定，在夹持架643上也开设有多个用于固定孔6411对应的安装孔6431，固定时，使用至少两个螺栓将U型底托642和调节杆641固定起来。
进一步的，参照图1，在前端固定架11的侧壁上固定有若干万向球102，若干万向球102沿前端固定架11的周向间隔设置，且若干万向球102用于与石油管道的内壁贴合，便于石油管道机器人更顺滑、省力的向前移动，同时也可以保障对石油管道机器人平稳的支撑。
为了保障石油管道机器人沿被测石油管道的轴线推入到被测石油管道中，保障检测的精确性，本申请的石油管道机器人在非检测状态时设置在一段初始管道（图中未示出）中，测量时，将初始管道与被测石油管道对接，并使用初始管道尾部的柔性推杆（图中未示出）将石油管道机器人推入被测石油管道中。柔性推杆的远端与下游对中固定环132上的推杆固定夹103固定。为了防止石油管道中的异物将推杆固定夹103损坏，使得石油管道机器人无法正常行进，在下游对中固定环132上固定有将推杆固定夹103包围的尾端防护鼻锥134。
本申请实施例一种石油管道机器人的实施原理为：使用前，先将视觉传达模块3转动一周以录入缺陷卡片92上的缺陷种类，之后将缺陷检测模块9拆下。之后将石油管道机器人放置到与被测石油管道内径一致的初始管道中，将柔性推杆和推杆固定夹103固定，之后将初始管道和被测石油管道对接，使用柔性推杆将石油管道机器人整体推入到被测石油管道内，各个轮主体612均和石油管道的内壁贴合，并在柔性推杆的推力作用下沿石油管道的内壁行走。前置摄像头21对前方的路况进行拍摄并传输至处理器8，处理器8经过图像处理将前方的路况图像画面实时传输到终端设备。石油管道机器人推入被测石油管道之后，驱动电机41启动以带动视觉传达模块3转动，相机光源模块32和激光传感器模块33对内部焊缝进行转动式的拍摄和扫描并将拍摄和扫描到的图像信号传输至处理器8进行数据处理，处理器8内生成内部焊缝的颜色、形状及尺寸信息并传输至外界的终端设备。转动式拍摄和扫描的方式便于将整圈焊缝的情况均采集到，同时也极大程度上缩小了拍摄、扫描时与焊缝之间的距离，大大降低了该设定距离内存在障碍物的可能性，降低了障碍物对检测精度的影响；并且激光传感器相比较超声波传感器的检测精度更高，大大提高了检测精度。当石油管道有弯曲部分时，利用中部固定架12和尾部固定架13之间的波纹管10可以实现石油管道机器人的顺利过弯。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石油管道机器人，其特征在于：包括：
安装工装(1)，包括前端固定架(11)、中部固定架(12)和尾部固定架(13)，所述前端固定架(11)和所述中部固定架(12)之间固定有延伸方向平行于石油管道轴线的管轴(14)；
障碍物检测模块(2)，安装在所述前端固定架(11)的头部，用于感知前方环境；
视觉传达模块(3)，转动设置在所述管轴(14)上，包括集成在支撑工装(31)上的相机光源模块(32)和激光传感器模块(33)，所述相机光源模块(32)和激光传感器模块(33)与焊缝之间存在设定距离；
驱动模块(4)，设置在所述前端固定架(11)内，用于驱动视觉传达模块(3)转动；
行走模块(6)，包括至少两组行走轮(61)，各组所述行走轮(61)沿所述安装工装(1)的周向设置有至少三个，所述行走轮(61)用于与石油管道的内壁贴合；
供能模块(7)和处理器(8)，集成在所述尾部固定架(13)内，其中，所述障碍物检测模块(2)以及所述驱动模块(4)的传输线缆穿设在所述管轴(14)内，所述管轴(14)的外部套设有滑环(34)，所述视觉传达模块(3)的传输线缆通过所述滑环(34)连接至所述供能模块(7)和所述处理器(8)。
2.根据权利要求1所述的石油管道机器人，其特征在于：所述前端固定架(11)为头部开口(111)且内部设有与所述开口(111)连通的空腔(112)的壳体，所述障碍物检测模块(2)包括固定在所述开口(111)内的前置摄像头(21)和沿所述前置摄像头(21)周向布置的环形光源(22)，所述前端固定架(11)的头部设置成锥形，且所述前端固定架(11)的外部罩设有前端防护鼻锥(113)。
3.根据权利要求2所述的石油管道机器人，其特征在于：所述驱动模块(4)包括固定在所述空腔(112)内的驱动电机(41)，所述驱动电机(41)的转子伸出所述前端固定架(11)的底板且与所述管轴(14)平行，所述驱动电机(41)通过齿轮传动件带动所述支撑工装(31)转动。
4.根据权利要求1所述的石油管道机器人，其特征在于：所述相机光源模块(32)和所述激光传感器模块(33)分设在所述支撑工装(31)两侧且两者呈180°夹角设置。
5.根据权利要求1所述的石油管道机器人，其特征在于：所述视觉传达模块(3)还包括用于调节所述相机光源模块(32)和所述激光传感器模块(33)成形视野的视野调节组件(5)；
所述支撑工装(31)包括长方体框架(311)和滑动连接在所述长方体框架(311)两端的安装架(312)，所述安装架(312)的滑动方向与石油管道的轴线垂直，所述相机光源模块(32)和所述激光传感器模块(33)分别安装在所述安装架(312)上，所述视野调节组件(5)用于带动所述安装架(312)上下移动以分别调节所述相机光源模块(32)、所述激光传感器模块(33)与石油管道内壁的距离。
6.根据权利要求5所述的石油管道机器人，其特征在于：所述长方体框架(311)上固定有向外延伸且平行设置的两个耳板(317)，所述视野调节组件(5)集成在两个所述耳板(317)之间的空间；
所述视野调节组件(5)包括缠绕有牵索绳(51)的卷绕滚轮(52)以及转动设置在所述耳板(317)之间棘轮棘爪锁止件(53)，所述卷绕滚轮(52)同轴固定在所述棘轮(531)的一侧，所述牵索绳(51)远端与所述安装架(312)固定，所述安装架(312)与所述长方体框架(311)之间设置有支撑弹簧(316)。
7.根据权利要求1所述的石油管道机器人，其特征在于：所述行走轮(61)包括支撑轴体(611)和轮主体(612)，所述支撑轴体(611)铰接设置在固定底座(62)内，所述固定底座(62)上集成有用于调节所述行走轮(61)与石油管道内壁贴合度的角度调节组件(63)；
所述固定底座(62)包括底部的基座(621)以及与所述支撑轴体(611)铰接的U型底座(622)，所述基座(621)内开设有延伸方向与石油管道轴线平行的导向孔(6211)，所述角度调节组件(63)包括沿所述导向孔(6211)滑动的滑块(631)以及连接在所述滑块(631)与所述支撑轴体(611)尾部的钩簧(632)，所述基座(621)上设置有用于带动所述滑块(631)滑动并拉动所述行走轮(61)转动的调节件(633)。
8.根据权利要求1所述的石油管道机器人，其特征在于：还包括用于临时固定在所述视觉传达模块(3)外部的缺陷检测模块(9)，所述缺陷检测模块(9)包括临时固定架(91)以及安装在所述临时固定架(91)上的组合形成环状的若干缺陷卡片(92)，若干所述缺陷卡片(92)上分别刻印有焊缝不同种类的缺陷，所述相机光源模块(32)以及激光传感器模块(33)用于转动扫描所述缺陷卡片(92)并将其种类录入数据库。
9.根据权利要求1所述的石油管道机器人，其特征在于：所述尾部固定架(13)与所述中部固定架(12)之间连接有波纹管(10)。
10.根据权利要求1所述的石油管道机器人，其特征在于：所述石油管道机器人设置在用于与被测石油管道对接的初始管道中，所述初始管道中设置有用于推动所述石油管道机器人前进的柔性推杆，所述柔性推杆的远端与所述尾部固定架(13)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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