CN204328336U - 管道检测机器人 - Google Patents
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Abstract
一种管道检测机器人，主要由激光检测机构（1）、牵引机构（2）、电磁超声检测机构（3）、电子舱（4）组成，各机构之间由连接铰轴相连；牵引机构（1）采用单电机全驱动方式，由涡轮蜗杆同步带传动，提供机器人行走动力，激光检测机构（2）由激光位移传感器、旋转臂、配重块、支撑体等组成，用于测量管道表面腐蚀及变形，电磁超声检测机构（3）由支撑组件、探头、固定板组成，用于测量管道壁厚及裂纹缺陷，电子舱（4）用于携带步进电机控制器、伺服电机驱动器、电源以及FPGA控制板等辅助部件。本实用新型所涉及的管道检测机器人可以发现管道腐蚀、裂纹、变形等缺陷，能够对工作中油气管道进行在役检测，根据检测结果进行有针对性的修复、修理、更换，降低维修成本，保障油气管道安全平稳运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及的一种机器人，特别是一种应用多种传感检测技术，对工作状态中油气管道进行腐蚀、裂纹、圆度等缺陷检测，以保障管道安全平稳运行的管道检测机器人。
背景技术
管道检测机器人是针对油气管道的清理、检测、维护而研制的一种特种检测装置，它集成了智能移动技术与无损检测技术，对工作状态中的油气管道进行无损检测，以保障管道安全稳定工作。按照机器人运动方式的不同分为主动运行机器人和被动运行机器人，主动运行机器人有履带式、仿生式、车型式和支撑轮式，被动运动机器人是凭借管道介质压差为驱动。非接触无损检测技术有漏磁检测技术、涡流检测技术、磁记忆检测技术、电磁超声检测技术和激光检测技术。
目前国内外油气管道检测机器人大多采用单一检测手段，这写方法虽然能够检测出管道缺陷，但考虑到漏磁检测技术只能对单一方向缺陷进行检测，涡流检测技术需要耦合剂且环境与人员因素影响较大，磁记忆检测技术尚不成熟等原因。所以研制出一种基于多传感器的在线非接触检测管道变形、表面腐蚀、壁厚、裂纹等缺陷的油气管道检测机器人，具有重要的意义。
发明内容
根据背景技术所述，本实用新型的目的在于提供一种采用支撑轮行走方式，应用激光检测技术和电磁超声检测技术，机器人具有一定的转弯能力和管径适应能力，能够在线对油气管道进行无损检测，确保管道安全平稳工作的管道检测机器人。
为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：
一种管道检测机器人，主要由激光检测机构（1）、牵引机构（2）、电磁超声机构（3）和电子舱（4）组成，其中：激光检测机构（1）、牵引机构（2）、电磁超声机构（3）、电子舱（4）通过连接铰轴相连，组成一个模块化机器人结构。
所述的激光检测机构（1）由激光位移传感器（11）、传感器固定架（12）、旋转臂（13）、配重块（14）、支撑筒体（15）和行走轮组（16）组成，采用激光点扫描技术，激光位移传感器（11）通过传感器固定架（12）固定在旋转臂上（13），旋转臂（13）通过联轴器与电机轴相连绕机器人中心旋转；行走轮（16）采用并行四连杆机构，双排双轮形式，固定在支撑筒体上。旋转臂中心固定激光发射器，标定管道中心在光栅中的位置，通过手轮调节激光点在光栅中的位置，使机器人中心与管道中心重合。
所述的牵引机构（2）由涡轮（22）、蜗杆（21）、同步带轮（23）、同步带（24）、驱动轮（27）、滚珠丝杠（29）、碟簧（212）、压力传感器（213）、固定轮毂（28）、滑动轮毂（211）和底座（214）组成，采用单电机全驱动方式，蜗杆（21）通过滚珠轴承固定在固定轮毂（28）上，三个涡轮成120°均匀布置；同步带轮（23）通过螺栓与涡轮（22）相连，通过同步带（24）将运动传递给驱动轮（27）；通过压力传感器（213）测量驱动轮（27）压力，负反馈控制电机的转动，控制丝杠螺母（210）在丝杠（29）中的位置，完成支撑臂（25）的收缩与打开。
所述的电磁超声检测机构（3）由探头（31）、探头固定板（32）、支撑臂（37）、滚珠丝杠（33）、固定轮毂（34）、滑动轮毂（36）和导轨（35）组成，支撑臂（37）与探头固定架（32）通过铰接板相连，探头固定架（32）两端固定磁探头（31），一个激励探头一个收发探头；探头上安装固定轮，保持探头表面与管壁的距离；支撑臂（37）用于支撑和收缩探头，铰接板有导向孔用于保持探头固定架的平衡。
所述的电子舱结构（4）由筒体（41）、线性导轨（42）、滚珠丝杠（43）、手轮（44）、支撑臂（47）、辅助行走轮（46）和霍尔传感器（45）组成，用于携带步进电机控制器、伺服电机控制器、FPGA控制板和电源；电子舱安装有里程轮，通过霍尔传感器（45）记忆行走轮转动圈数，换算检测机器人行走距离；滚珠丝杆（43）通过卡紧装置与支座相连，保障里程轮与管壁接触。
由于采用以上技术方案，本实用新型具有以下优点和效果：
1、本实用新型搭载激光检测机构和电磁超声检测机构，弥补了单一检测手法测量的局限性，能够检测油气管道腐蚀、裂纹、变形等缺陷；
2、本实用新型采用非接触测量，测量精度高、操作方便，且能够适应一定的管径变化及通过一定曲率的弯道；
3、本实用新型通过压力传感器反馈控制支撑臂的打开和收缩，防止机构过载。
附图说明
图1为本实用新型机器人总体结构示意图；
图2为本实用新型激光检测结构示意图；
图3为本实用新型牵引机构示意图；
图4为本实用新型电磁超声检测结构示意图
图5为本实用新型电子舱结构示意图。
具体实施方式
本实用新型根据附图进行实施，下面结合附图作详细说明。
如图1所示，为本实用新型一种管道检测机器人总体结构示意图，其中：激光检测机构1、牵引机构2、电磁超声机构3、电子舱4通过连接铰轴相连，组成一个模块化机器人结构。
如图2所示，激光检测机构1由激光位移传感器11、传感器固定架12、旋转臂13、配重块14、支撑筒体15和行走轮组16组成。激光检测机构1采用激光点扫描技术，通过支撑筒体15和3组行走轮16定心，旋转臂13绕检测机器人中心线旋转，旋转臂中心固定激光器，通过激光点在光栅中的位置调节手轮，使机器人中心与管道中心重合；激光位移传感器11通过传感器固定架12固定在旋转臂13上，旋转臂13另一端配有配重块14平衡旋转惯量。激光位移传感器11采集管道截面信息，通过数据处理得到管道腐蚀、变形信息。
如图3所示，牵引机构2由涡轮22、蜗杆21、同步带轮23、同步带24、支撑臂25、驱动轮27、固定轮毂28、滚珠丝杠29、滑动轮毂211、碟簧212、压力传感器213和底座214组成；牵引机构2采用单电机全驱动方式、蜗杆21通过滚珠轴承固定在固定轮毂211上，3个涡轮22圆周方向120°均匀布置，同步带轮23通过螺栓与涡轮22相连，同步带24将运动传递给驱动轮，伺服电机将扭矩通过蜗杆21传递给涡轮22，同步带轮23从动，并通过同步带将扭矩传递给驱动轮，从而驱动正在机构。压力传感器213测量管壁对驱动轮27压力，当压力大于设定值，步进电机控制滚珠丝杠29旋转，丝杠螺母位置变化，使支撑臂25收缩，以免过载损坏；当压力小于设定值时，步进电机控制滚珠丝杆29旋转使支撑臂25张开，以满足管径变化的需要。
如图4所示，电磁超声检测机构3由探头31、探头固定板32、支撑臂37、滚珠丝杠33、固定轮毂34、滑动轮毂36和导轨35组成。支撑臂37与探头固定架32通过铰接板相连，探头固定架32两端固定磁探头31，一个激励探头一个收发探头，通过分析电磁超声回波信息，得到管道裂纹缺陷信息；探头上安装滚轮，保持探头表面与管壁的距离，铰接板有导向孔用于保持探头固定架平衡；支撑臂37用于支撑和收缩探头，检测时，支撑臂37打开使探头滚轮紧贴管壁，没有检测任务时，支撑臂37收缩，以免影响机器人正常行走。
如图5所示，电子舱4由筒体41、线性导轨42、丝杠43、手轮44、支撑臂47组成。电子舱4用于携带步进电机控制器、伺服电机控制器、FPGA控制板和电源；电子舱安装有里程轮，通过霍尔传感器45记忆行走轮转动圈数，换算检测机器人行走距离；滚珠丝杆43通过卡紧装置与支座相连，保障里程轮与管壁接触。
Claims (5)
1.一种管道检测机器人，主要由激光检测机构（1）、牵引机构（2）、电磁超声机构（3）和电子舱（4）组成，其特征在于：所述的激光检测机构（1）采用激光点扫描技术，牵引机构（2）采用单电机全驱动方式，电磁超声机构（3）、电子舱（4）通过连接铰轴相连，组成模块化机器人结构。
2.根据权利要求1所述的管道检测机器人，其特征在于：所述的激光检测机构（1）由激光位移传感器（11）、传感器固定架（12）、旋转臂（13）、配重块（14）、支撑筒体（15）和行走轮组（16）组成，激光检测机构（1）通过支撑筒体（15）和行走轮组（16）进行定心，旋转臂（13）中心固定有激光发射器，通过手轮（17）调节激光点在光栅中的位置进行精确定心，激光位移传感器（11）通过传感器固定架（12）固定在旋转臂（13）上，另一端固定有配重块（14）平衡重量。
3.根据权利要求1所述的管道检测机器人，其特征在于：所述的牵引机构（2）由涡轮（22）、蜗杆（21）、同步带轮（23）、同步带（24）、驱动轮（27）、滚珠丝杠（29）、碟簧（212）、压力传感器（213）、固定轮毂（28）、滑动轮毂（211）和底座（214）组成，蜗杆（21）通过滚珠轴承固定在固定轮毂（28）上，涡轮（22）通过底座（25）圆周方向120°均匀布置在固定轮毂（28）上，涡轮（21）与同步带轮（23）相固定，通过同步带（24）将扭矩传递给驱动轮（27），导轨（215）连接固定轮毂（28）与滑动轮毂（211），滚珠丝杠（29）一端通过轴承与固定轮毂（28）相连，丝杠螺母（210）与滑动轮毂（211）沿丝杠（29）运动，完成支撑臂（25）打开收缩，压力传感器（213）测量管壁对驱动轮（27）压力，碟簧（212）起缓冲作用。
4.根据权利要求1所述的管道检测机器人，其特征在于：所述的电磁超声检测机构（3）由探头（31）、探头固定板（32）、支撑臂（37）、滚珠丝杠（33）、固定轮毂（34）、滑动轮毂（36）和导轨（35）组成，支撑臂（37）与探头固定架（32）通过铰接板相连，探头固定架（32）两端固定磁探头（31），探头上安装固定轮，铰接板设置导向孔用于保持探头固定架的平衡。
5.根据权利要求1所述的管道检测机器人，其特征在于：所述的电子舱（4）由筒体（41）、线性导轨（42）、滚珠丝杠（43）、手轮（44）、支撑臂（47）、辅助行走轮（46）和霍尔传感器（45）组成，筒体（4）中设置用于固定电机控制器、电源和FPGA控制板的电子器件固定架，电子舱安装里程轮，霍尔传感器（45）记忆行走轮转动圈数，换算检测机器人行走距离；滚珠丝杆（43）通过卡紧装置与支座相连。
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