CN216867911U - 一种管线内壁检测机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种管线内壁检测机器人，包括机器人主体、安装在机器人主体上的检测机构、供能机构和行走机构；供能机构和行走机构均包括若干套，若干套机器人供能机构和行走机构轴向均匀地分布在机器人主体的周围。本实用新型采用轻量化材料有助于减少运行能耗，提高操作速度；本实用新型主体支架为中空框架，两端的三角底面架及连接该底面架的三条侧棱杆，机器人运动过程中，相关结构都不会伸入主体支架内,简化了机器人结构与耗材，进而减轻了机器人自重；本实用新型的管线内壁检测机器人，能够适应弯径管道，在管道内径发生一定范围内变化时，可以通过调节气弹簧实现机器人的顺利行走。

Description

一种管线内壁检测机器人

技术领域

本实用新型涉及一种机器人，具体涉及一种能对石油管道的管线内壁进行无损检测的管线内壁检测机器人。

背景技术

管道涉及的行业广泛，但由于时间和使用环境等因素，很容易发生故障。炼化企业中不同工艺管道内壁的腐蚀情况复杂多样、管道形状多变，且管道往往具有相当的长度，故障排除的难度很大。停工大检修时，要派人到炼油各类装置重点部位进行检查。现阶段只能执行对重要点的检查，同时对于高空管道的检查，需要搭脚手架，工作效率低，工作危险度高。因此管道机器人在管道检测和故障排除时被广泛应用。

目前国内外管道检测机器人按运动方式一般可分为介质压差、轮式、螺旋驱动式、履带式、多足爬行式等。其中轮式运动方式结构简单、速度稳定，被广泛应用于管道作业中。但是大型石油管道往往涉及机器人的行进过弯问题，因此需要考虑怎么在保证机器人顺利过弯的同时提高机器人的有效拖动率和减小传动部件的磨损等问题。

目前国内外的管道机器人在行动能力、检测手段上均不能满足炼化企业众多种类的工艺管道的内检测要求，因此需要研发一种新型的管道内壁机器人检测装备，管线内壁检测机器人是一种在管道内壁清洗后，能进入管道内并对管道内壁拍照、摄像、全程脉冲涡流扫查管道内壁信息，并将信息传送给地面工作台的机器人。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种能对石油管道的管线内壁进行无损检测的管线内壁检测机器人。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种管线内壁检测机器人，所述管线内壁检测机器人包括：机器人主体、安装在机器人主体上的检测机构、供能机构和行走机构；供能机构和行走机构均包括若干套，若干套机器人供能机构和行走机构周向均匀地分布在机器人主体的周围。

在本实用新型的具体实施例子中，机器人主体包括：三角结构的上部板、三角结构的下部板和环形结构的中部板，上部板、下部板、中部板和三根支撑杆固定形成正三棱框架，正三棱框架的内部设置有螺纹杆，螺纹杆的上、下端与上部板和下部板固定，螺纹杆上设置有三环支架，三环支架用于连接行走机构，采用滑块和限位圈将三环支架固定在机器人主体的螺纹杆上。

在本实用新型的具体实施例子中，所述供能机构包括支腿筒、上法兰板、中法兰板、下法兰板和直流有刷电机，上法兰板一端与所述机器人主体的上部板或下部板铰接，另一端与所述支腿筒螺母连接，中法兰板和直流有刷电机置于支腿筒内部，下法兰板一端连接在支腿筒上，一端与行走机构连接。

在本实用新型的具体实施例子中，行走机构包括气弹簧、行走轮、驱动轮轴和伞齿轮换向箱，所述气弹簧一端螺栓连接到三环支架上，另一端与伞齿轮换向箱铰接，所述驱动轮轴与伞齿轮换向箱啮合，所述行走轮固定安装在所述驱动轮轴上。

在本实用新型的具体实施例子中，所述行走轮为采用橡胶材质的行走轮。

在本实用新型的具体实施例子中，所述行走机构的数量为六个，两两上下交错的行走机构沿着机器人主体周向均匀分布，所述的行走轮为主体为硬质铝合金加工而成，表面嵌套NR天然橡胶的行走轮。

在本实用新型的具体实施例子中，所述检测机构包括全景摄像头、检测探头、摄像头盘、支杆架、直流无刷电机和电机底座；全景摄像头和摄像头盘均通过螺纹自锁固定在支杆架上，全景摄像头和下半部分为圆形的摄像头盘叠合在一起；检测探头的一端用防水电气接线头固定在支杆架上设置的凹槽里，直流无刷电机和电机底座置于上部板和支杆架中间；直流无刷电机安装在电机底座上。

在本实用新型的具体实施例子中，所述检测探头为若干个，分布在支杆架的一周，所有的检测探头均固定在支杆架上设置的凹槽内，支杆架套在直流无刷电机上，支杆架能绕直流无刷电机圆周旋转。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的管线内壁检测机器人有如下优点：本实用新型采用航空铝材构造机器人主体；轻量化材料有助于减少运行能耗，提高操作速度，进而提升工作效率。除此之外，更轻的自重对于机器人降低运动惯性、增加动作准确度也有明显的裨益。

本实用新型的管线内壁检测机器人，主体支架为中空框架，两端的三角底面架及连接该底面架的三条侧棱杆，机器人运动过程中，相关结构都不会伸入主体支架内,简化了机器人结构与耗材，进而减轻了机器人自重。

本实用新型的管线内壁检测机器人，能够适应弯径管道，在管道内径发生一定范围内变化时，可以通过调节气弹簧实现机器人的顺利行走；当机器人主体在管道内行走且单个行走轮遇到微小障碍时，基于所述缓冲机构的微小调节功能，可以实现单个行走轮的自适应微小调节。

本实用新型的管线内壁检测机器人各模块通过螺栓连接，可以单独进行更新和替换，方便本实用新型实施例的管线内壁检测机器人的后期维护和检修，降低了检测和维修成本。

本实用新型在主螺纹杆上增加了限位圈，用于限定螺纹杆、气弹簧和三环支架相配合使用时的位置，使其紧密的固定在一起，有效地防止三环支架和三环滑块在机器人运动过程中产生松动的现象，更加安全、可靠。

本实用新型的管线内壁检测机器人采用脉冲涡流检测法，探头随着机器人运动而转动，经放大处理产生脉冲，通过脉冲信号处理得到管道内部情况，满足管道内检测要求。

附图说明

图1是本实用新型的管线内壁检测机器人的结构示意图。

图2是本实用新型的机器人主体的结构示意图。

图3-1是本实用新型的供能机构的结构示意图的外部示意图。

图3-2是本实用新型的供能机构的结构示意图的内部示意图。

图4是本实用新型的行走机构的结构示意图。

图5是本实用新型的检测机构的结构示意图。

下面是本实用新型中标号对应的名称：

机器人主体1、供能机构2、行走机构3、检测机构4；

上部板101、中部板102、下部板103、螺纹杆104、支撑杆105、三环支架 106、滑块107、限位圈108、夹紧环109；

支腿筒201、上法兰板202、中法兰板203、下法兰板204、直流有刷电机 205；

气弹簧301、行走轮302、驱动轮轴303、铰链支架304、伞齿轮换向箱305；

全景摄像头401、检测探头402、摄像头盘403、支杆架404、直流无刷电机405、电机底座406。

具体实施方式

下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。

图1是本实用新型的管线内壁检测机器人的结构示意图，如图1所示：本实用新型提供的管线内壁检测机器人包括：机器人主体1、安装在机器人主体1 上的检测机构4、供能机构2和行走机构3；供能机构2和行走机构3均包括若干套，若干套机器人供能机构2和行走机构3轴向均匀地分布在机器人主体1 的周围。

图2是本实用新型的机器人主体的结构示意图，如图2所示：本实用新型中的机器人主体1包括：三角结构的上部板101、三角结构的下部板103和环形结构的中部板102，上部板101、下部板103、中部板102和三根支撑杆105固定形成正三棱框架，正三棱框架的内部设置有螺纹杆104，螺纹杆104的上、下端与上部板101和下部板103固定，螺纹杆104上设置有三环支架106，三环支架106用于连接气弹簧301，三环滑块107和限位圈108将三环支架106固定在机器人主体1上。

图3-1是本实用新型的供能机构的结构示意图的外部示意图，图3-2是本实用新型的供能机构的结构示意图的内部示意图，如图3-1和3-2所示：本实用新型中的供能机构2包括支腿筒201、上法兰板202、中法兰板203、下法兰板204和直流有刷电机205，上法兰板202一端与机器人主体1的上部板101 或下部板103铰接，另一端与支腿筒201螺母连接，中法兰板203和直流有刷电机205置于支腿筒201内部，下法兰板204一端连接在支腿筒201上，一端与行走机构3连接，为机器人运动提供充足的动力。

图4是本实用新型的行走机构的结构示意图，如图4所示：行走机构3包括若干套，本实用新型的各行走机构3包括气弹簧301、行走轮302、驱动轮轴 303、铰链支架304和伞齿轮换向箱305，气弹簧301一端螺栓连接到三环支架106 上，另一端与伞齿轮换向箱305铰接，通过对气弹簧301的调节可使管线内部检测机器人满足不同管径的检测需求。铰链支架304安装在伞齿轮换向箱305 侧面；驱动轮轴303与伞齿轮换向箱305啮合，行走轮302固定安装在驱动轮轴303上，在具体的实施过程中，本实用新型中的行走轮采用橡胶材质，摩擦力强，安全性高。管线内壁检测机器人依靠供能机构2和行走机构3实现在管线内部的行进及过弯。

在具体的实施过程中，本实用新型中的行走机构3优选数量为六个，两两上下交错的行走机构3沿着所述机器人主体1周向均匀分布。这种分布有利于管线内壁检测机器人较好地适应管线内环境，行走轮302安装在驱动轮轴303 上，与管线内壁接触，并对其施加一定的压力，以便在行走过程中有足够的拖动力；行走轮302主体为硬质铝合金加工而成，表面嵌套NR天然橡胶，增大了与管线内壁的摩擦力。

在具体的实施过程中，本实用新型的气弹簧301可以为其他的缓冲装置，可以采用现有的具有弹性或阻尼作用的缓冲装置，譬如液压缓冲器、聚氨酯缓冲器、弹簧缓冲器等，本实用新型中选的气弹簧301，在一定压力下具备一定的压缩行程，满足机器人可行走内径的微小调节。

图5是本实用新型的检测机构的结构示意图，如图5所示：本实用新型中的检测机构4包括全景摄像头401、检测探头402、摄像头盘403、支杆架404、直流无刷电机405和电机底座406；全景摄像头401和摄像头盘403均通过纹自锁固定在支杆架404上，全景摄像头401和摄像头盘403叠合在一起。

检测探头402的一端用防水电气接线头固定在支杆架404上设置的凹槽里，直流无刷电机405和电机底座406置于上部板101和支杆架404中间，用于检测机构4的能量供应；直流无刷电机405安装在电机底座406上。

在具体的实施过程中，本实用新型中的检测探头402可以为多个，分布在支杆架404的一周，在本实施例子给出的图中，仅示意一个检测探头402，所有的检测探头402均固定在支杆架404上的不同的凹槽内。

在具体的实施过程中，支杆架404套在直流无刷电机405上，支杆架404 可以圆周旋转。

在具体的实施过程中，摄像头可以实现360度径向拍摄，并输出高清图像，提高了检测的准确率，所述的检测探头为脉冲涡流检测，无需采取磁饱和等辅助方法就可直接检测到管壁裂痕、腐蚀凹坑、磨蚀减薄等缺损，且检测结果具有即时性，灵敏度高。

当管线内壁检测机器人需要过弯时，可以通过调节行走机构3的行走轮302 的转速至设定范围内，各行走轮302之间的转速差可满足过弯需求。

本实用新型的管线内壁检测机器人经过组装后，结构紧凑、运行平稳、调试合格、成功地通过了垂直攀爬测试、弯道行走测试、管道变径行走测试和管线内壁检测测试等。行走效果良好，能够满足机器人垂直攀爬和弯道行走的需要。本实用新型的管线内壁检测机器人具有结构简单、驱动力强、自适应能力强、检测效果好的优点。本机器人的设计方法也不仅限于用于石油管道检测机器人，在类似的环境中也有借鉴意义。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种管线内壁检测机器人，其特征在于：所述管线内壁检测机器人包括：机器人主体、安装在机器人主体上的检测机构、供能机构和行走机构；供能机构和行走机构均包括若干套，若干套机器人供能机构和行走机构周向均匀地分布在机器人主体的周围。

2.根据权利要求1所述的管线内壁检测机器人，其特征在于：机器人主体包括：三角结构的上部板、三角结构的下部板和环形结构的中部板，上部板、下部板、中部板和三根支撑杆固定形成正三棱框架，正三棱框架的内部设置有螺纹杆，螺纹杆的上、下端与上部板和下部板固定，螺纹杆上设置有三环支架，三环支架用于连接行走机构，采用滑块和限位圈将三环支架固定在机器人主体的螺纹杆上。

3.根据权利要求2所述的管线内壁检测机器人，其特征在于：所述供能机构包括支腿筒、上法兰板、中法兰板、下法兰板和直流有刷电机，上法兰板一端与所述机器人主体的上部板或下部板铰接，另一端与所述支腿筒螺母连接，中法兰板和直流有刷电机置于支腿筒内部，下法兰板一端连接在支腿筒上，一端与行走机构连接。

4.根据权利要求3所述的管线内壁检测机器人，其特征在于：行走机构包括气弹簧、行走轮、驱动轮轴和伞齿轮换向箱，所述气弹簧一端螺栓连接到三环支架上，另一端与伞齿轮换向箱铰接，所述驱动轮轴与伞齿轮换向箱啮合，所述行走轮固定安装在所述驱动轮轴上。

5.根据权利要求4所述的管线内壁检测机器人，其特征在于：所述行走轮为采用橡胶材质的行走轮。

6.根据权利要求4所述的管线内壁检测机器人，其特征在于：所述行走机构的数量为六个，两两上下交错的行走机构沿着机器人主体周向均匀分布，所述的行走轮为主体为硬质铝合金加工而成，表面嵌套NR天然橡胶的行走轮。

7.根据权利要求1所述的管线内壁检测机器人，其特征在于：所述检测机构包括全景摄像头、检测探头、摄像头盘、支杆架、直流无刷电机和电机底座；全景摄像头和摄像头盘均通过螺纹自锁固定在支杆架上，全景摄像头和下半部分为圆形的摄像头盘叠合在一起；检测探头的一端用防水电气接线头固定在支杆架上设置的凹槽里，直流无刷电机和电机底座置于上部板和支杆架中间；直流无刷电机安装在电机底座上。

8.根据权利要求7所述的管线内壁检测机器人，其特征在于：所述检测探头为若干个，分布在支杆架的一周，所有的检测探头均固定在支杆架上设置的凹槽内，支杆架套在直流无刷电机上，支杆架能绕直流无刷电机圆周旋转。

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