CN208138701U - 一种石油管道裂缝检测机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种石油管道裂缝检测机器人，包括驱动机构、电机、套筒、检测环和蓄电池，电机固定在安装支架上，安装支架的顶端设置有U形块，驱动机构通过万向节连接U形块，套筒固定连接在安装支架的底端，检测环固定连接在套筒上，套筒的侧面上设置有导向机构，套筒的底部设置有上定位板，上定位板的下方设置有下定位板，上定位板与下定位板之间均匀设置有蓄电池，蓄电池通过骨架固定连接在上定位板与下定位板之间，下定位板上设置有导向机构。本实用新型通过电机带动驱动机构旋转，实现检测机器人的前进或后退，满足石油管道来回检测的需要，提高了检测的灵活性和精度，与现有的检测机器人相比操作更灵活方便，大大降低了故障率。

Description

一种石油管道裂缝检测机器人

技术领域

本实用新型涉及一种石油管道裂缝检测机器人。

背景技术

近年来，油气运输飞速发展，已成为继公路、铁路后第三大运输业，其安全有效的运行受到越来越多的人重视。然而，由于油气腐蚀、阻塞等原因对管道产生损害。

现有技术中一般采用超声检测技术、漏磁检测技术、脉冲检测技术、管道内窥技术、激光全息检测等安装在机器人上对石油管道进行检测，但是由于石油管道内部环境的原因，往往达不到预期的检测效果，而且受限于线缆的长度，使得机器人的工作距离大大缩短，同时不能在管道内连续移动检测，故障率较高，检测过程较为复杂。

实用新型内容

本实用新型目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种石油管道裂缝检测机器人的技术方案，通过电机带动驱动机构旋转，实现检测机器人的前进或后退，满足石油管道来回检测的需要，提高了检测的灵活性和精度，与现有的检测机器人相比操作更灵活方便，大大降低了故障率，能实现360度全方位实时检测，每个视觉传感器检测相应区域的面积，大大提高了检测的精度和可靠性，该检测方法步骤简单，能满足不同尺寸大小长距离石油管道的裂缝检测，检测精度高，定位准确。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：包括驱动机构、电机、套筒、检测环和蓄电池，电机固定在安装支架上，安装支架的顶端设置有U形块，驱动机构通过万向节连接U形块，套筒固定连接在安装支架的底端，检测环固定连接在套筒上，套筒的侧面上设置有导向机构，套筒的底部设置有上定位板，上定位板的下方设置有下定位板，上定位板与下定位板之间均匀设置有蓄电池，蓄电池通过骨架固定连接在上定位板与下定位板之间，下定位板上设置有导向机构；通过电机带动驱动机构旋转，实现检测机器人的前进或后退，满足石油管道来回检测的需要，提高了检测的灵活性和精度，与现有的检测机器人相比操作更灵活方便，大大降低了故障率，驱动机构通过万向节进行连接，便于控制检测机器人的运动方向，同时可以调节检测机器人的移动速度，提高对石油管道的检测效率，检测环可以在移动过程中对管道内壁进行实时扫描检测，在移动过程中实现360度全方位实时检测，每个视觉传感器检测相应区域的面积，大大提高了检测的精度和可靠性，导向机构起到定位导向的作用，防止检测机器人在移动过程中发生偏移，进而影响检测效率，蓄电池可以确保检测机器人连续工作，能进行远距离的检测工作，大大提高了作业范围，骨架提高了蓄电池安装的稳定性和可靠性。

进一步，驱动机构包括转向块、立柱和滚轮组件，立柱固定连接在转向块的顶端，立柱与转向块内设置有转轴，转轴连接万向节，滚轮组件均匀设置在立柱的侧面上，通过万向节的设计，可以通过转向块带动滚轮组件旋转，驱动检测机器人移动。

进一步，滚轮组件包括第一连接件和斜轮，第一连接件的端部固定连接在立柱上，斜轮对称设置在第一连接件的两侧，根据管道的内径大小，调节斜轮在立柱上的倾斜角度，满足检测机器人在不同内径大小石油管道内的灵活移动。

进一步，斜轮的运动路径与检测机器人的运动路径之间呈30°～60°的夹角，此夹角的设计可以提高检测机器人在移动时的稳定性和可靠性。

进一步，检测环的外圆周侧面上均匀设置有视觉传感器，相邻两个视觉传感器之间设置有照明灯，检测环内设置有距离传感器和散热风扇，散热风扇的上方设置有过滤网，检测环的中心处设置有限位孔，视觉传感器可以对管道内壁进行实时拍摄，并且将拍摄后的影像传递至远程控制系统，便于及时对裂缝进行检测，照明灯可以对侧壁进行照明，提高视觉传感器拍摄时的清晰度，距离传感器可以用于检测裂缝过的深度、宽度和长度，便于维修人员根据裂缝的深度、宽度和长度作出维修方案，散热风扇可以将检测环内的热量散发出去，提高检测环内空气的流动速度，降低温度，延长零部件的使用寿命，过滤网可以有效地将颗粒杂质进行过滤，防止颗粒杂质进入检测环内部而影响检测环的正常工作。

进一步，套筒的侧面上设置有卡槽，卡槽与限位孔相匹配，套筒内设置有控制芯片、无线发射器、无线接收器、存储器和报警器，无线发射器、无线接收器、存储器和报警器均连接控制芯片，控制芯片内设置有控制模块，控制模块连接散热风扇、电源模块、视觉传感器、距离传感器、无线发射/接收模块和电机控制器，电源模块通过照明模块连接视觉传感器，视觉传感器连接无线发射/接收模块，无线发射/接收模块连接远程控制系统，电机控制器连接驱动模块，卡槽和限位孔提高了检测环与套筒之间连接的稳定性和可靠性，防止检测机器人在移动过程中发生晃动而影响检测的精度，无线发射器和无线接收器用于传递信息，控制检测机器人运动和对图像进行实时传送，存储器可以对数据进行存储，便于后期校验，当蓄电池的电量小于设定值时，通过报警器提醒远程控制系统需要进行蓄电池更换，并缩短作业距离。

进一步，骨架包括支撑杆，支撑杆的上下两侧对称设置有定位组件，定位组件包括六个以支撑杆为中心均匀设置的限位环，且六个限位环位于同一水平面内，限位环通过连杆固定连接在支撑杆的侧面上，上定位板和下定位板上设置有金属触片，便于与蓄电池形成电路通路，限位环用于固定蓄电池，提高了检测机器人在移动过程中蓄电池的稳定性。

进一步，导向机构包括第二连接件和导轮，第二连接件分别均匀设置在上定位板和套筒的外圆周侧面上，导轮设置在第二连接件的两侧，导向机构用于支撑作用，使蓄电池与管道内壁之间保持悬空，同时具有导向作用，防止检测机器人在移动过程中发生偏离。

进一步，导轮的运动路径与检测机器人的运动路径相互平行。

用如上述的一种石油管道裂缝检测机器人检测管道的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)检测准备

a、首先根据石油管道的布设路径确定检测方案，做好技术交底工作；

b、然后进行机具设备准备，完成检测机具设备配置，并对机具设备进行检修维护，以及具体工程的专用施工机具制作；

2)石油管道清理

a、管道检测前先搜集石油管道原始设计资料，包括石油管道表面状况、材质及壁厚、管径、环境资料和使用状况，研究环境条件对检测结果的影响，并进行模拟测试；

b、然后分别通过投放泡沫球、带钢刷的管道清洁器、化学清洁剂和管道变形测量装置对石油管道进行清理，除去管道内壁上的油垢和砂砾；

3)检测机器人安装

a、待管道清理完毕后，根据图纸的设计要求及管道的内径确定检测机器人的尺寸大小，首先选择尺寸与管道内径相匹配的骨架，并在骨架上的每个限位环内安装蓄电池，通过上下两个限位环对蓄电池进行固定；

b、然后在骨架的支撑杆底部和顶部分别安装下定位板和上定位板，在下定位板的外圆周侧面上均匀组装至少三个第二连接件，第二连接件的两侧对称设置有导轮，保证每个导轮的运动路径与检测机器人的运动路径相互平行，同时使得圆周分布的导轮紧贴石油管道的内壁；

c、接着在上定位板上安装套筒，并在套筒的外圆周侧面上靠近上定位板的位置均匀组装至少三个第二连接件，在第二连接件的两侧对称设置导轮，套筒内安装有控制芯片、无线发射器、无线接收器、存储器和报警器；

d、再沿着套筒上的卡槽安装检测环，使检测环上的限位孔卡扣在卡槽内，并观察检测环上的散热风扇、视觉传感器、照明灯和距离传感器是否工作正常；

e、待检测环上的零部件检测合格后，在套筒的顶端固定安装支架，并在安装支架内安装电机，安装支架的顶端固定连接有U形块，电机的输出轴朝上并贯穿U形块；

f、最后安装驱动机构，先选取与U形块尺寸相匹配的转向块，然后在转向块的顶端通过转轴安装立柱，并在立柱的圆周侧面上均匀组装至少三个第一连接件，在第一连接件上对称安装斜轮，使斜轮的运动路径与检测机器人的运动路径之间呈30°～60°的夹角，接着将驱动机构通过万向节连接在U形块上；

4)管道扫描检测

a、待检测机器人安装完毕后，先将检测机器人水平放入石油管道中，通过远程控制系统经控制芯片对电机的旋转方向进行控制，再由驱动机构带动整个检测机器人沿着石油管道前进或者后退，控制电机的转速小于150r/min，在移动的同时，启动视觉传感器、照明灯和距离传感器，通过视觉传感器实时将拍摄的画面经无线发射器传递至远程控制系统，并备份在存储器中；

b、在检测时，以15～20m长度为一个检测单位，将检测机器人以2～3m/s的速度在一个检测单位内来回检测2～3次，当发现石油管道内壁出现裂缝时，电机的转速降低，使检测机器人的移动速度降低至0.5～1m/s，同时距离传感器对裂缝的深度进行检测，并将检测的信息和位置通过无线发射器传递至远程控制系统，当没有发现裂缝时，进入下一个检测单位，直至整个石油管道线路检测完毕；

5)拆卸清洁

待整个石油管道检测结束后，通过远程控制系统使检测机器人移动至管道端口处，将斜轮和导轮拆卸进行清洗，并对其余零部件进行检查，放入设备箱。

本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、通过电机带动驱动机构旋转，实现检测机器人的前进或后退，满足石油管道来回检测的需要，提高了检测的灵活性和精度，与现有的检测机器人相比操作更灵活方便，大大降低了故障率；

2、驱动机构通过万向节进行连接，便于控制检测机器人的运动方向，同时可以调节检测机器人的移动速度，提高对石油管道的检测效率；

3、检测环可以在移动过程中对管道内壁进行实时扫描检测，在移动过程中实现360度全方位实时检测，每个视觉传感器检测相应区域的面积，大大提高了检测的精度和可靠性；

4、导向机构起到定位导向的作用，防止检测机器人在移动过程中发生偏移，进而影响检测效率；

5、蓄电池可以确保检测机器人连续工作，能进行远距离的检测工作，大大提高了作业范围，骨架提高了蓄电池安装的稳定性和可靠性；

6、本实用新型的检测方法步骤简单，能满足不同尺寸大小长距离石油管道的裂缝检测，检测精度高，定位准确。

附图说明：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型一种石油管道裂缝检测机器人的结构示意图。

图2为本实用新型中检测环的结构示意图；

图3为本实用新型中套筒的内部结构示意图；

图4为本实用新型中骨架的结构示意图；

图5为本实用新型的电路图。

图中：1-驱动机构；2-安装支架；3-电机；4-套筒；5-检测环；6-蓄电池；7-骨架；8-上定位板；9-下定位板；10-U形块；11-转向块；12-转轴；13-立柱；14-斜轮；15-第一连接件；16-万向节；17-导轮；18-第二连接件；19-过滤网；20-视觉传感器；21-照明灯；22-距离传感器；23-散热风扇；24-限位孔；25-卡槽；26-控制芯片；27-无线发射器；28-无线接收器；29-存储器；30-报警器；31-支撑杆；32-限位环；33-连杆。

具体实施方式

如图1至图5所示，为本实用新型一种石油管道裂缝检测机器人，包括驱动机构1、电机3、套筒4、检测环5和蓄电池6，电机3固定在安装支架2上，安装支架2的顶端设置有U形块10，驱动机构1通过万向节16连接U形块10，驱动机构1包括转向块11、立柱13和滚轮组件，立柱13固定连接在转向块11的顶端，立柱13与转向块11内设置有转轴12，转轴12连接万向节16，滚轮组件均匀设置在立柱13的侧面上，通过万向节16的设计，可以通过转向块11带动滚轮组件旋转，驱动检测机器人移动，滚轮组件包括第一连接件15和斜轮14，第一连接件15的端部固定连接在立柱13上，斜轮14对称设置在第一连接件15的两侧，根据管道的内径大小，调节斜轮14在立柱13上的倾斜角度，满足检测机器人在不同内径大小石油管道内的灵活移动，斜轮14的运动路径与检测机器人的运动路径之间呈30°～60°的夹角，此夹角的设计可以提高检测机器人在移动时的稳定性和可靠性。

套筒4固定连接在安装支架2的底端，检测环5固定连接在套筒4上，检测环5的外圆周侧面上均匀设置有视觉传感器20，相邻两个视觉传感器20之间设置有照明灯21，视觉传感,20的型号为IFMAC1053，检测环5内设置有距离传感器22和散热风扇23，距离传感器为型号为光纤传感器FS-V30，散热风扇23的上方设置有过滤网19，检测环5的中心处设置有限位孔24，视觉传感器20可以对管道内壁进行实时拍摄，并且将拍摄后的影像传递至远程控制系统，便于及时对裂缝进行检测，照明灯21可以对侧壁进行照明，提高视觉传感器20拍摄时的清晰度，距离传感器22可以用于检测裂缝过的深度、宽度和长度，便于维修人员根据裂缝的深度、宽度和长度作出维修方案，散热风扇23可以将检测环5内的热量散发出去，提高检测环5内空气的流动速度，降低温度，延长零部件的使用寿命，过滤网19可以有效地将颗粒杂质进行过滤，防止颗粒杂质进入检测环5内部而影响检测环5的正常工作，套筒4的侧面上设置有卡槽25，卡槽25与限位孔24相匹配，套筒4内设置有控制芯片26、无线发射器27、无线接收器28、存储器29和报警器30，无线发射器27、无线接收器28、存储器29和报警器30均连接控制芯片26，控制芯片26内设置有控制模块，控制模块连接散热风扇23、电源模块、视觉传感器20、距离传感器22、无线发射/接收模块和电机3控制器，电源模块通过照明模块连接视觉传感器20，视觉传感器20连接无线发射/接收模块，无线发射/接收模块连接远程控制系统，电机3控制器连接驱动模块，卡槽25和限位孔24提高了检测环5与套筒4之间连接的稳定性和可靠性，防止检测机器人在移动过程中发生晃动而影响检测的精度，无线发射器27和无线接收器28用于传递信息，控制检测机器人运动和对图像进行实时传送，存储器29可以对数据进行存储，便于后期校验，当蓄电池6的电量小于设定值时，通过报警器30提醒远程控制系统需要进行蓄电池6更换，并缩短作业距离。

套筒4的侧面上设置有导向机构，套筒4的底部设置有上定位板8，上定位板8的下方设置有下定位板9，上定位板8与下定位板9之间均匀设置有蓄电池6，蓄电池6通过骨架7固定连接在上定位板8与下定位板9之间，骨架7包括支撑杆31，支撑杆31的上下两侧对称设置有定位组件，定位组件包括六个以支撑杆31为中心均匀设置的限位环32，且六个限位环32位于同一水平面内，限位环32通过连杆33固定连接在支撑杆31的侧面上，上定位板8和下定位板9上设置有金属触片，便于与蓄电池6形成电路通路，限位环32用于固定蓄电池6，提高了检测机器人在移动过程中蓄电池6的稳定性。

下定位板9上设置有导向机构，导向机构包括第二连接件18和导轮17，第二连接件18分别均匀设置在上定位板8和套筒4的外圆周侧面上，导轮17设置在第二连接件18的两侧，导向机构用于支撑作用，使蓄电池6与管道内壁之间保持悬空，同时具有导向作用，防止检测机器人在移动过程中发生偏离，导轮17的运动路径与检测机器人的运动路径相互平行；通过电机3带动驱动机构1旋转，实现检测机器人的前进或后退，满足石油管道来回检测的需要，提高了检测的灵活性和精度，与现有的检测机器人相比操作更灵活方便，大大降低了故障率，驱动机构1通过万向节16进行连接，便于控制检测机器人的运动方向，同时可以调节检测机器人的移动速度，提高对石油管道的检测效率，检测环5可以在移动过程中对管道内壁进行实时扫描检测，在移动过程中实现360度全方位实时检测，每个视觉传感器20检测相应区域的面积，大大提高了检测的精度和可靠性，导向机构起到定位导向的作用，防止检测机器人在移动过程中发生偏移，进而影响检测效率，蓄电池6可以确保检测机器人连续工作，能进行远距离的检测工作，大大提高了作业范围，骨架7提高了蓄电池6安装的稳定性和可靠性。

用如上述的一种石油管道裂缝检测机器人检测管道的方法，包括如下步骤：

1)检测准备

a、首先根据石油管道的布设路径确定检测方案，做好技术交底工作；

b、然后进行机具设备准备，完成检测机具设备配置，并对机具设备进行检修维护，以及具体工程的专用施工机具制作；

2)石油管道清理

a、管道检测前先搜集石油管道原始设计资料，包括石油管道表面状况、材质及壁厚、管径、环境资料和使用状况，研究环境条件对检测结果的影响，并进行模拟测试；

b、然后分别通过投放泡沫球、带钢刷的管道清洁器、化学清洁剂和管道变形测量装置对石油管道进行清理，除去管道内壁上的油垢和砂砾；

3)检测机器人安装

a、待管道清理完毕后，根据图纸的设计要求及管道的内径确定检测机器人的尺寸大小，首先选择尺寸与管道内径相匹配的骨架7，并在骨架7上的每个限位环32内安装蓄电池6，通过上下两个限位环32对蓄电池6进行固定；

b、然后在骨架7的支撑杆31底部和顶部分别安装下定位板9和上定位板8，在下定位板9的外圆周侧面上均匀组装至少三个第二连接件18，第二连接件18的两侧对称设置有导轮17，保证每个导轮17的运动路径与检测机器人的运动路径相互平行，同时使得圆周分布的导轮17紧贴石油管道的内壁；

c、接着在上定位板8上安装套筒4，并在套筒4的外圆周侧面上靠近上定位板8的位置均匀组装至少三个第二连接件18，在第二连接件18的两侧对称设置导轮17，套筒4内安装有控制芯片26、无线发射器27、无线接收器28、存储器29和报警器30；

d、再沿着套筒4上的卡槽25安装检测环5，使检测环5上的限位孔24卡扣在卡槽25内，并观察检测环5上的散热风扇23、视觉传感器20、照明灯21和距离传感器22是否工作正常；

e、待检测环5上的零部件检测合格后，在套筒4的顶端固定安装支架2，并在安装支架2内安装电机3，安装支架2的顶端固定连接有U形块10，电机3的输出轴朝上并贯穿U形块10；

f、最后安装驱动机构1，先选取与U形块10尺寸相匹配的转向块11，然后在转向块11的顶端通过转轴12安装立柱13，并在立柱13的圆周侧面上均匀组装至少三个第一连接件15，在第一连接件15上对称安装斜轮14，使斜轮14的运动路径与检测机器人的运动路径之间呈30°～60°的夹角，接着将驱动机构1通过万向节16连接在U形块10上；

4)管道扫描检测

a、待检测机器人安装完毕后，先将检测机器人水平放入石油管道中，通过远程控制系统经控制芯片26对电机3的旋转方向进行控制，再由驱动机构1带动整个检测机器人沿着石油管道前进或者后退，控制电机3的转速小于150r/min，在移动的同时，启动视觉传感器20、照明灯21和距离传感器22，通过视觉传感器20实时将拍摄的画面经无线发射器27传递至远程控制系统，并备份在存储器29中；

b、在检测时，以15～20m长度为一个检测单位，将检测机器人以2～3m/s的速度在一个检测单位内来回检测2～3次，当发现石油管道内壁出现裂缝时，电机3的转速降低，使检测机器人的移动速度降低至0.5～1m/s，同时距离传感器22对裂缝的深度进行检测，并将检测的信息和位置通过无线发射器27传递至远程控制系统，当没有发现裂缝时，进入下一个检测单位，直至整个石油管道线路检测完毕；

5)拆卸清洁

待整个石油管道检测结束后，通过远程控制系统使检测机器人移动至管道端口处，将斜轮14和导轮17拆卸进行清洗，并对其余零部件进行检查，放入设备箱。

以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：包括驱动机构、电机、套筒、检测环和蓄电池，所述电机固定在安装支架上，所述安装支架的顶端设置有U形块，所述驱动机构通过万向节连接所述U形块，所述套筒固定连接在所述安装支架的底端，所述检测环固定连接在所述套筒上，所述套筒的侧面上设置有导向机构，所述套筒的底部设置有上定位板，所述上定位板的下方设置有下定位板，所述上定位板与所述下定位板之间均匀设置有所述蓄电池，所述蓄电池通过骨架固定连接在所述上定位板与所述下定位板之间，所述下定位板上设置有所述导向机构。

2.根据权利要求1所述的一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：所述驱动机构包括转向块、立柱和滚轮组件，所述立柱固定连接在所述转向块的顶端，所述立柱与所述转向块内设置有转轴，所述转轴连接所述万向节，所述滚轮组件均匀设置在所述立柱的侧面上。

3.根据权利要求2所述的一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：所述滚轮组件包括第一连接件和斜轮，所述第一连接件的端部固定连接在所述立柱上，所述斜轮对称设置在所述第一连接件的两侧。

4.根据权利要求3所述的一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：所述斜轮的运动路径与所述检测机器人的运动路径之间呈30°～60°的夹角。

5.根据权利要求1所述的一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：所述检测环的外圆周侧面上均匀设置有视觉传感器，相邻两个所述视觉传感器之间设置有照明灯，所述检测环内设置有距离传感器和散热风扇，所述散热风扇的上方设置有过滤网，所述检测环的中心处设置有限位孔。

6.根据权利要求5所述的一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：所述套筒的侧面上设置有卡槽，所述卡槽与所述限位孔相匹配，所述套筒内设置有控制芯片、无线发射器、无线接收器、存储器和报警器，所述无线发射器、所述无线接收器、所述存储器和所述报警器均连接所述控制芯片，所述控制芯片内设置有控制模块，所述控制模块连接所述散热风扇、电源模块、所述视觉传感器、所述距离传感器、无线发射/接收模块和电机控制器，所述电源模块通过照明模块连接所述视觉传感器，所述视觉传感器连接所述无线发射/接收模块，所述无线发射/接收模块连接远程控制系统，所述电机控制器连接驱动模块。

7.根据权利要求1所述的一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：所述骨架包括支撑杆，所述支撑杆的上下两侧对称设置有定位组件，所述定位组件包括六个以所述支撑杆为中心均匀设置的限位环，且六个所述限位环位于同一水平面内，所述限位环通过连杆固定连接在所述支撑杆的侧面上。

8.根据权利要求1所述的一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：所述导向机构包括第二连接件和导轮，所述第二连接件分别均匀设置在所述上定位板和所述套筒的外圆周侧面上，所述导轮设置在所述第二连接件的两侧。

9.根据权利要求8所述的一种石油管道裂缝检测机器人，其特征在于：所述导轮的运动路径与所述检测机器人的运动路径相互平行。