CN218896376U - 一种双段式管道焊缝检测机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双段式管道焊缝检测机器人，用于检测待测管道内部焊缝，包括前机身、后机身、图像采集机构、驱动机构、供电机构以及信号控制电路模块；本实用新型最大限度的利用了直径较小的管道内的有限空间，采用该布局使机器人体积大大减小，且两段式结构中间采用了万向节进行连接，使机器人在适配1.2~2英寸的管道内尺寸的同时，还能够使机器人能够顺利过弯，对于相对复杂的管道内环境，机器人也可以正常工作，弥补了市场上没有适配尺寸的管道焊缝检测机器人的缺陷，实现了小管径管内焊缝检测的智能化，能够实现管道焊缝的自动检测，大大提高了检测效率，降低了人工操作比重的占比，进而降低了错误率，提高了检测准确率。

Description

一种双段式管道焊缝检测机器人

技术领域

本实用新型涉及管道机器人技术领域，具体涉及一种双段式管道焊缝检测机器人。

背景技术

随着工业水平的提高，焊接技术已被广泛应用于装备制造、冶金工业、航空航天等重要领域。在金属管道的应用领域，管道的对接位置常需要焊接处理，焊接在工业管道安装中尤为重要，焊接质量决定了管道内运输介质时工作状态的稳定性，直接影响管道的安全及能效。在焊接时，受生产设备及工艺的影响，焊接件存在气孔、未熔合及未焊透等不可避免的会出现缺陷，一旦焊接缺陷处未被提前发现，便会造成介质的渗漏或者泄漏现象，极大地影响生产效益并且会污染环境，更严重的甚至会造成安全事故。

焊接后的工业管道在投入使用之前需要对焊缝质量进行检测。管道的焊缝检测不仅在工业管道安装后进行，还需要在正式投入使用之前进行复检。但由于管道焊接好后无法直接观测到焊缝的焊接质量，使用常规的射线探伤法、超声探伤法、渗透探伤法等对焊缝进行质量检测，会耗费较大的人力物力。

针对管道直径为1.2~2英寸的小管径金属焊缝检测，现常采用的方法是使用带缆摄像头，人工操作带缆摄像头伸入管道内部，即工业内窥镜，工业内窥镜由人工操作有线摄像头进入管道内部，通过传出的图像再由管外工作人员对其扫描到的内部环境进行人工缺陷判断。

工业内窥镜的管内操作检测难度较大，由于其有线摄像头的特性，若是柔性线缆，其伸入管内的距离有限且无法环绕扫描管内环境，若是硬性可弯折线缆，其无法通过弯道、T型管等。而且每根管道都需要人为的操作送线进入管道，再由人工判断焊缝位置而后进行质量检测，会耗费较大的人力与时间成本，且效率较低。特别在大批量检测管道焊缝时，人工操作的效率会更为降低且提高了较大的误检率。

由于这些特性，检测结果往往与操作者的经验相关，不同的操作者很容易产生较大误差。而在获得大量焊缝图像后，需要检测人员在计算机辅助下，从大量焊缝缺陷图像中进行识别，长时间、多批次的检测工作造成人眼视觉疲劳，导致漏检误检。

由于以上的一些缺点，导致使用工业内窥镜时，从工业内窥镜进入到管道内部以及对管内不同缺陷检测的环节都由操作人员完成，受到人工干扰的影响较大，检测效率十分不稳定，导致检测效率低，且误检率高。

因此，如果能够自动识别管道内壁焊缝并对焊缝进行检测，而且直接输出检测结果，那么就能够大大降低由于人工操作失误导致的误检率和漏检率高的频率。

针对焊缝的自动识别并对焊缝进行检测，申请人发明了一种适用于清洁管道内部的焊缝检测方法，对管道内部焊缝进行自动识别，在识别到焊缝后对焊缝的全景图像进行采集，将采集到的焊缝图像输入焊缝异常情况目标检测模型中对进行检测并输出检测的结果。

这种识别并检测焊缝的方法需要依赖于能够进入管道内部用于焊缝检测的电驱动推进的机械结构来实现。因此，申请人公开了一种管道焊缝检测机器人，用于实现上述适用于清洁管道内部的焊缝检测方法，进而实现对管道焊缝的检测工作。

但是，对于管道直径为1.2~2英寸（DN40~DN50）的管道来说，管道直径较小，管道内部空间狭窄，需要对管道焊缝机器人在结构上进行适配性的设计，使管道焊缝检测机器人能够在管道直径为1.2~2英寸金属管中顺利通行，能够用于开展焊缝检测工作。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种双段式管道焊缝检测机器人，以使管道焊缝机器人能够适配管道直径为1.2~2英寸的金属管，进而能够用于开展焊缝检测工作的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种双段式管道焊缝检测机器人，用于检测待测管道内部焊缝，包括前机身101、后机身102、图像采集机构、驱动机构、供电机构以及信号控制电路模块400；

所述前机身101与后机身102之间通过传动装置105活动连接，所述传动装置105能够改变前机身101与后机身102的传动轴线方向；

所述图像采集机构包括周向摄像头202以及旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与前机身101前端固定连接，所述周向摄像头202与旋转驱动装置转动连接，所述旋转驱动装置能够驱动周向摄像头202旋转；

所述驱动机构安装于前机身101，在电驱动下，驱动机构能够带动前机身101沿管道内壁向前推进或倒退，前机身101通过传动装置105带动后机身102沿管道内壁前行或后退；

所述供电机构安装于后机身102，用于为图像采集机构、驱动机构以及信号控制电路模块400提供电源；

所述信号控制电路模块400固定于前机身101或者后机身102顶部，所述信号控制电路模块400分别与图像采集机构和驱动机构电连接。

优选的，所述传动装置105为万向节，优选刚性万向节，所述万向节具有转向端108、第一固定端106和第二固定端107，所述转向端108位于第一固定端106和第二固定端107之间，且转向端108的两端分别与第一固定端106和第二固定端107转动连接，所述第一固定端106和第二固定端107的另一端分别与前机身101末端和后机身102前端固定连接。

机器人需要拐弯时，万向节发生转动，使前机身101先过弯，再带动后机身102过弯，使机器人能够适应多种需要转弯的管道内环境，所述万向节可以很好的保证机器人在弯道的通过性，且万向节为刚性连接件，可以很迅速的将前机身101的动力传递给后机身102，使机器人的响应迅速。

优选的，所述图像采集机构还包括轴向摄像头203，所述轴向摄像头203固定安装于后机身102末端，轴向摄像头203的朝向与后机身102轴线平行。

所述轴向摄像头203用于实时监控并录制管道焊缝检测机器人后方的管道内部图像，这样能够方便控制管道焊缝检测机器人在管道内处于非正常工作状态时的退回路径，同时能够使用轴向摄像头203轴向观测管道焊缝检测机器人检测工作中的管道内壁情况（例如判断管道内部是否有异物或异常）和实时位置记录并以视频的形式保存，以供操作者后续检查，能够更好的对管道内部情况进行监控。

优选的，所述供电机构包括蓄电池601和电池仓602，所述电池仓602固定安装于后机身102，蓄电池601安装于电池仓602内，所述电池仓602具有电池盖板603，所述电池盖板603与电池仓602可拆卸连接。

蓄电池601可从电池仓602内拆出，以便对蓄电池601进行维修或者更换，所述蓄电池601用于为图像采集机构、驱动机构以及信号控制电路模块400提供电源，使各机构正常运转，能够适用于结构复杂的管道或者管长较长的管道内的焊缝检测工作，能够使管道焊缝检测机器人不受外接电源线长度的限制，更加的灵活。

优选的， 所述旋转驱动装置包括旋转驱动电机204，所述旋转驱动电机204的输出端具有转轴，所述转轴能够在旋转驱动电机204的驱动下转动，所述周向摄像头202通过转轴与旋转驱动电机204转动连接，所述转轴的旋转中心线与待测管道中心线重合。

所述旋转驱动电机204为舵机，所述旋转驱动装置还包括齿轮传动机构205，所述舵机的输出端与所述齿轮传动机构205的输入端固定连接，所述齿轮传动机构205的输出端与周向摄像头202固定连接，所述齿轮传动机构205的输入端与输出端之间转动连接，所述齿轮传动机构205能够增大舵机的旋转角度。

优选的，所述驱动机构包括驱动电机301、主动轮302以及从动轮303，所述主动轮302对称安装于前机身101前端的两侧，所述从动轮303对称安装于前机身101末端的两侧。

所述驱动电机301能够驱动主动轮302转动，进而带动前机身101发生位移，所述从动轮303能够在前机身101发生位移时，被前机身101带动发生从动转动，辅助前机身101发生位移，有利于前机身101稳定移动。

优选的，所述主动轮302与从动轮303外周套设有履带304，使主动轮302与从动轮303之间传动连接。

所述主动轮302表面具有能够咬合齿305，所述从动轮303表面具有诱导齿306；主动轮302转动时，能够带动履带304传动，履带304进而带动从动轮303转动，辅助前机身101发生位移，这样能够增加驱动机构与管壁的摩擦力，使运行更加的平稳；另外，所述从动轮303用来诱导和支撑履带304，所述从动轮303表面的诱导齿306能够用来规正履带304，并防止前机身101转向或侧倾行驶时履带304脱落。

优选的，所述前机身101和后机身102上还分别固定安装有多个照明机构500。

所述安装于前机身101的照明机构500，其照明方向朝向前机身101前端方向，安装于后机身102的照明机构500，其照明方向朝向后机身102末端方向；所述照明机构500用于在图像采集机构对管道内壁进行拍摄和录像时，对管道内环境进行补光，保证拍摄和录制的图像素材光照均匀，提高数据处理模块的处理速度和识别准确率。

优选的，所述前机身101和后机身102顶端的边缘以及后机身102侧壁分别对称安装有导向轮800，所述导向轮800能够与管道内壁接触。

所述导向轮800用于矫正焊缝检测机器人机身在管道中的位置，防止机身倾斜；所述安装于后机身102侧壁的导向轮800用于矫正后机身102在管道中的位置，防止后机身102倾斜。

本实用新型的技术方案具有以下有益效果：本实用新型公开的双段式管道焊缝检测机器人最大限度的利用了直径较小的管道内的有限空间，采用该布局使机器人体积大大减小，且两段式结构中间采用了万向节进行连接，使机器人在适配1.2~2英寸的管道内尺寸的同时，还能够使机器人能够顺利过弯，对于相对复杂的管道内环境，机器人也可以正常工作，弥补了市场上没有适配尺寸的管道焊缝检测机器人的缺陷，实现了小管径管内焊缝检测的智能化，代替人工操作的繁琐，能够实现管道焊缝的自动检测，无需人工判别，大大提高了检测效率，降低了人工操作比重的占比，进而降低了错误率，提高了检测准确率。

附图说明

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型的双段式管道焊缝检测机器人轴测图。

图2为本实用新型的前机身底部结构示意图。

图3为本实用新型的后机身后视图。

图4为本实用新型的双段式管道焊缝检测机器人内部结构爆炸图。

图5为本实用新型的旋转驱动装置结构示意图。

附图标记说明：101、前机身；102、后机身；105、传动装置；106、第一固定端；107、第二固定端；108、转向端；109、第一护板；110、第二护板；113、电机仓；114、电机仓盖板；115、连接端；201、云台；202、周向摄像头；203、轴向摄像头；204、旋转驱动电机；205、齿轮传动机构；301、驱动电机；302、主动轮；303、从动轮；304、履带；305、咬合齿；306、诱导齿；307、凸出部；308、活动轮；400、信号控制电路模块；500、照明机构；501、灯光安装孔；601、蓄电池；602、电池仓；603、电池盖板；800、导向轮。

具体实施方式

为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型一种双段式管道焊缝检测机器人做进一步详细的描述。

需要说明的是，本申请文件中所述前机身前端是指与管道焊缝检测机器人行进方向相同的前机身的一端，所述前机身末端是指与管道焊缝检测机器人行进方向相反的前机身的另一端；本申请文件中所述后机身前端是指与管道焊缝检测机器人行进方向相同的后机身的一端，所述后机身末端是指与管道焊缝检测机器人行进方向相反的后机身的另一端。

本实用新型公开管道焊缝机器人的双段式的结构形式能够适配管道直径为1.2~2英寸的金属管，进而能够用于开展焊缝检测工作的技术问题。基于以上要解决的技术问题，如图1所示，基于以上要解决的技术问题，针对管道直径为1.2~2英寸的清洁金属管道，充分利用管道内有限的空间，本实用新型公开了一种双段式管道焊缝检测机器人，用于检测待测管道内部焊缝，包括前机身101、后机身102、图像采集机构、驱动机构、供电机构以及信号控制电路模块400；

所述前机身101与后机身102之间通过传动装置105活动连接，所述传动装置105能够改变前机身101与后机身102的传动轴线方向；

所述图像采集机构包括周向摄像头202以及旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与前机身101前端固定连接，所述周向摄像头202与旋转驱动装置转动连接，所述旋转驱动装置能够驱动周向摄像头202旋转；

所述驱动机构安装于前机身101，在电驱动下，驱动机构能够带动前机身101沿管道内壁向前推进或倒退，前机身101通过传动装置105带动后机身102沿管道内壁前行或后退；

所述供电机构安装于后机身102，用于为图像采集机构、驱动机构以及信号控制电路模块400提供电源；

所述信号控制电路模块400固定于前机身101或者后机身102顶部，所述信号控制电路模块400分别与图像采集机构和驱动机构电连接，目的是通过信号控制电路模块400图像采集机构和驱动机构进行动作信号的传输。

为了方便对机器人整体的调试和使用，在具体实施时，将所述信号控制电路模块400安装于前机身101或者后机身102的顶端。

作为双段式管道焊缝检测机器人的优选方案，如图4所示，所述传动装置105为万向节，优选刚性万向节，所述万向节具有转向端108、第一固定端106和第二固定端107，所述转向端108位于第一固定端106和第二固定端107之间，且转向端108的两端分别与第一固定端106和第二固定端107转动连接，所述第一固定端106和第二固定端107的另一端分别与前机身101末端和后机身102前端固定连接；机器人需要拐弯时，万向节发生转动，使前机身101先过弯，再带动后机身102过弯，使机器人能够适应多种需要转弯的管道内环境，所述万向节可以很好的保证机器人在弯道的通过性，且万向节为刚性连接件，可以很迅速的将前机身101的动力传递给后机身102，使机器人的响应迅速。

作为图像采集机构的优选方案，如图3所示，所述图像采集机构还包括轴向摄像头203，所述轴向摄像头203固定安装于后机身102末端，轴向摄像头203的朝向与后机身102轴线平行；所述轴向摄像头203用于实时监控并录制管道焊缝检测机器人后方的管道内部图像，这样能够方便控制管道焊缝检测机器人在管道内处于非正常工作状态时的退回路径，同时能够使用轴向摄像头203轴向观测管道焊缝检测机器人检测工作中的管道内壁情况（例如判断管道内部是否有异物或异常）和实时位置记录并以视频的形式保存，以供操作者后续检查，能够更好的对管道内部情况进行监控。

作为供电机构的优选方案，如图4所示，所述供电机构包括蓄电池601和电池仓602，所述电池仓602固定安装于后机身102，蓄电池601安装于电池仓602内，所述电池仓602具有电池盖板603，所述电池盖板603与电池仓602可拆卸连接；作为电池仓602与电池盖板603连接的其中一个实施例，所述电池仓602上具有螺纹孔，所述电池仓602与电池盖板603通过螺钉可拆卸连接，当然，其他能够实现电池仓602与电池盖板603可拆卸的连接方式均可以作为电池仓602与电池盖板603连接的实施例，均在本申请的保护范围内。

蓄电池601可从电池仓602内拆出，以便对蓄电池601进行维修或者更换，所述蓄电池601用于为图像采集机构、驱动机构以及信号控制电路模块400提供电源，使各机构正常运转，能够适用于结构复杂的管道或者管长较长的管道内的焊缝检测工作，能够使管道焊缝检测机器人不受外接电源线长度的限制，更加的灵活。具体实施时，所述蓄电池601采用便捷可拆卸的充电锂电池，通过拨动开关接入管道焊缝检测机器人，在使用时由拨动开关控制其为管道焊缝检测机器人供电。

作为旋转驱动装置的优选方案，如图4所示，所述旋转驱动装置包括旋转驱动电机204，所述旋转驱动电机204的输出端具有转轴，所述转轴能够在旋转驱动电机204的驱动下转动，所述周向摄像头202通过转轴与旋转驱动电机204转动连接，所述转轴的旋转中心线与待测管道中心线重合。

具体的，所述周向摄像头202用于录制管道内壁样貌的彩色视频流，所述周向摄像头202能够以转轴为中心做360°旋转拍摄，周向摄像头202转动360°形成的轨迹面与管道截面平行，所述周向摄像头202用于管道焊缝检测机器人识别到焊缝后，对焊缝的全景图像进行采集。

本申请中，由于管道自身尺寸的限制以及周向摄像头202需要旋转360°进行拍照的需求，用于驱动周向摄像头202的电机需要具备能够旋转、结构紧凑、尺寸小、易于安装、控制简单、大扭力、成本低等特点，基于以上需求，作为旋转驱动电机204的一个优选方案，如图4和图5所示，采用舵机作为所述旋转驱动电机204，所述舵机是直流电机，齿轮组，编码器和控制电路组成的一套自动控制系统。电机为舵机提供动力来源，电机控制板主要是用来驱动电机301和接受电位器反馈回来的信息，齿轮组的作用主要是力量的放大，因为舵机转速很大，则需要减速齿轮把速度降下来，根据杠杆平衡原理，使小功率电机产生大扭矩。

作为旋转驱动装置的优选方案，如图5所示，所述旋转驱动装置还包括齿轮传动机构205，所述舵机的输出端与所述齿轮传动机构205的输入端固定连接，所述齿轮传动机构205的输出端与周向摄像头202固定连接，所述齿轮传动机构205的输入端与输出端之间转动连接，所述舵机通过驱动齿轮传动机构205转动从而带动周向摄像头202发生旋转。

作为齿轮传动机构205的优选方案，如图5所示，所述齿轮传动机构205包括多个啮合的齿轮，且齿轮的直径随着转动传递的方向逐渐减小，且大齿轮的齿数多于小齿轮的齿数，所述旋转驱动电机204运转时，能够驱动舵机中的齿轮依次转动；由于现有技术中的舵机在极限尺寸内最大旋转角度为260°，无法满足360°的周转需求，采用齿轮传动机构205能够实现由大直径齿轮带动小直径齿轮转动，进而增大舵机的旋转角度。

作为齿轮传动机构205的其中一个实施例，所述齿轮传动机构205包括2个啮合的齿轮，其中一个齿轮与旋转驱动电机204的转轴转动连接，另一个齿轮与云台201固定连接，所述与旋转驱动电机204转轴转动连接的齿轮直径大于与云台201固定连接的齿轮直径，两个齿轮的齿数比为13：9，这样就能够使齿数多的大齿轮带动能够带动齿数少的小齿轮转动从而增大舵机的旋转角度，获得375°的周转输出，使舵机能够旋转360°。

具体实施时，所述舵机带动云台201进行360°旋转的具体旋转方式为，舵机旋转360°所需要的次数为5次，每次旋转72°，进一步的，所述周向摄像头202在拍摄焊缝全景图像时，跟随舵机的旋转拍摄5张照片，然后将5张照片合成为焊缝全景图像。

作为旋转驱动装置的优选方案，如图1和图2所示，所述旋转驱动装置还包括云台201，所述云台201的一端与齿轮传动机构205的输出端固定连接，所述云台201的另一端与周向摄像头202固定连接，所述周向摄像头202能够在云台201的带动下以转轴为中心发生旋转，从而能够实现周向摄像头202对管道内壁进行360°旋转拍摄。

具体的，所述云台201位于初始位置时，周向摄像头202镜头朝向管道底部，工作完一个流程后云台201回到初始位置，当管道焊缝机器人自动检测到焊缝时，机器人自动停止，随后云台201开始转动拍摄，对管内焊缝进行识别并进行质量检测；所述云台201采用的独特排线布置，即固定长度的排线，避免摄像头排线与机器人发生干涉。

作为驱动机构的优选方案，如图2和图4所示，所述驱动机构包括驱动电机301、主动轮302以及从动轮303，所述驱动机构包括驱动电机301、主动轮302以及从动轮303，所述主动轮302对称安装于前机身101前端的两侧，所述从动轮303对称安装于前机身101末端的两侧，所述驱动电机301能够驱动主动轮302转动，进而带动前机身101发生位移，所述从动轮303能够在前机身101发生位移时，被前机身101带动发生从动转动，辅助前机身101发生位移，有利于前机身101稳定移动。

具体实施时，所述驱动电机301的输出端与主动轮302转动连接，驱动电机301转动时，能够驱动主动轮302转动； 所述前机身101上对应于从动轮303的位置处，伸出有固定的车体轮轴，所述从动轮303与车体轮轴通过微型轴承过盈配合，实现转动连接。

具体实施时，如图4所示，所述驱动电机301为双电机，所述双电机对称分布于前机身101上，分别对前机身101两侧的主动轮302同时进行驱动转动。

作为前机身101的优选方案，所述前机身101包括电机仓113，所述电机仓113内具有电机安放位，能够安放驱动电机301和旋转驱动电机204；所述电机仓113上具有电机仓113盖板，所述电机仓113盖板通过螺钉与电机仓113上端可拆卸连接。

作为主动轮302和从动轮303行进方式的第一优选方案，如图1和图2所示，所述主动轮302与从动轮303外周套设有履带304，使主动轮302与从动轮303之间传动连接，所述主动轮302表面具有咬合齿305，所述从动轮303表面具有诱导齿306；主动轮302转动时，能够带动履带304传动，履带304进而带动从动轮303转动，辅助前机身101发生位移，这样能够增加驱动机构与管壁的摩擦力，使运行更加的平稳；另外，所述从动轮303用来诱导和支撑履带304，所述从动轮303表面的诱导齿306能够用来规正履带304，并防止前机身101转向或侧倾行驶时履带304脱落。

作为履带304的第一优选方案，所述履带304采用橡胶履带304，所述橡胶履带304与管道内壁接触的表面具有凸出部307，这样能够增加履带304与管道内壁之间的摩擦力，使机器人在前进或后退时更加的平稳，同时凸出部307还能够提高履带304的坚固性，延长使用寿命。

作为履带304的第二优选方案，所述履带304采用金属销铰链式履带304，这种履带304结构稳定，不易损坏，且能够制作成较小的尺寸，具有使用寿命长的优点。

作为主动轮302和从动轮303行进方式的第二优选方案，在所述主动轮302和从动轮303之间还设置有托带轮，托带轮轴的一端与前机身101固定连接，所述托带轮用来托着上支履带304，以避免上下履带304之间会发生撞击并减少履带304的振荡。

作为后机身102行进方式的优选方案，如图1所示，为了使前后机身102同步前进或后退，所述后机身102上安装有活动轮308，所述活动轮308与后机身102侧壁转动连接，属于从动类型的转动轮，在前机身101前进时，带动后机身102前进，进而带动活动轮308向前转动，同样的，在前机身101后退时，带动活动轮308向后转动，这样能够使机器人整体运行平稳，不会出现翻车的现象。

作为双段式管道焊缝检测机器人的优选方案，如图1至图3所示，所述前机身101和后机身102上还分别固定安装有多个照明机构500，所述安装于前机身101的照明机构500，其照明方向朝向前机身101前端方向，安装于后机身102的照明机构500，其照明方向朝向后机身102末端方向；所述照明机构500用于在图像采集机构对管道内壁进行拍摄和录像时，对管道内环境进行补光，保证拍摄和录制的图像素材光照均匀，提高数据处理模块的处理速度和识别准确率。

具体的，如图3所示，所述后机身102的照明机构500安装于轴向摄像头203的两侧的机身上，具体为，在机身上开设有灯光安装孔501，所述照明机构500从灯光安装孔501中伸出；所述照明机构500能够在轴向摄像头203进行图像采集时进行补光。

作为双段式管道焊缝检测机器人的优选方案，如图1和图2所示，所述前信号控制电路模块400顶端还安装有第一护板109，以保护前信号控制电路模块400的主体结构，所述第一护板109覆盖于前信号控制电路模块400上，且第一护板109和前信号控制电路模块400的四周均开设有通孔，螺钉穿过通孔，使第一护板109和前信号控制电路模块400通过螺钉与电机仓113盖板可拆卸连接。

作为照明机构500的优选方案，如图1和图2所示，所述照明机构500安装于第一护板109顶部；所述前机身101的底部也安装有多个照明机构500，以增强管道内的明亮程度。固定位置的灯光安装孔501能够使灯光与摄像头形成一定的角度，以便周向摄像头202在拍照具有更好的采光效果，进而能拍摄出更清晰的图像；

具体实施时，所述照明机构500为发光二极管或白色的LED灯。

作为双段式管道焊缝检测机器人的优选方案，如图1和图3所示，所述后信号控制电路模块400顶端安装有第二护板110，以保护后信号控制电路模块400的主体结构，所述第二护板110覆盖于后信号控制电路模块400上，且第二护板110和后信号控制电路模块400的四周均开设有通孔，螺钉穿过通孔，使第二护板110和后信号控制电路模块400通过螺钉与电池盖板603可拆卸连接。

作为双段式管道焊缝检测机器人的优选方案，前机身101和后机身102顶端的边缘还安装有导向轮800；所述前机身101的导向轮800位于第一护板109和前信号控制电路模块400之间，所述用于固定第一护板109和前信号控制电路模块400的螺钉，从导向轮800中穿过；所述后机身102的导向轮800位于第二护板110和后信号控制电路模块400之间，所述用于固定第二护板110和后信号控制电路模块400的螺钉，从导向轮800中穿过；所述导向轮800能够与管道内壁接触，用于矫正焊缝检测机器人机身在管道中的位置，防止机身倾斜。

作为后机身102行的优选方案，所述后机身102侧壁也对称安装有多个导向轮800，具体的，后机身102侧壁向外伸出多个导向轮800支架，所述导向轮800支架与导向轮800转动连接，使导向轮800转动方向与后机身102行进方向一致，所述导向轮800用于矫正后机身102在管道中的位置，防止后机身102倾斜。

作为前机身101和后机身102的优选方案，为获取更佳的拍摄质量，将管道焊缝检测机器人的前、后机身102颜色涂为黑色，以对周向摄像头202以及轴向摄像头203提供较优质的拍摄环境。

具体实施时，所述周向摄像头202和轴向摄像头203的镜头上还附加有偏振片，加上照明机构500的位置布置以及机身颜色的选择，解决了金属管道内壁视觉检测的反光问题，提高了管道内图像采集的质量。

具体实施时，所述信号控制电路模块400包括控制芯片，所述控制芯片用于对接收和反馈信号；所述焊缝检测机器人作业时，所述信号控制电路模块400能够与后台控制端配合进行管道内焊缝的检测工作，所述后台控制端能够向信号控制电路模块400发送指令，所述信号控制电路模块400能够向后台控制端反馈指令。

具体实施时，根据信号控制电路模块400需要控制的对象，为了进一步降低机器人的整体高度，简化机器人各机构之间的布线路径以及降低机器人各机构之间的布线长度，将信号控制电路模块400分为前信号控制电路模块400和后信号控制电路模块400两部分，分别固定于前机身101的顶端和后机身102的顶端；固定于前机身101顶端的前信号控制电路模块400用于控制驱动机构、周向摄像头202以及旋转驱动装置，固定于后机身102顶端的后信号控制电路模块400用于控制轴向摄像头203、供电机构；所述前、后信号控制电路模块400之间电连接，能够相互发送和接收信号。

为了便于理解本申请的工作原理，将前、后信号控制电路模块400进行进一步描述，所述前信号控制电路模块400包括前图像采集控制模块、驱动控制模块、前照明控制模块、前数据处理模块以及前数据传输模块；所述前图像采集控制模块，用于控制周向摄像头202以及旋转驱动装置的启动和关闭；所述驱动控制模块，用于控制驱动机构中的驱动电机301运转，使主动轮302发生转动，进而带动前机身101发生位移；所述前照明控制模块，用于控制前机身101上安装的照明机构500的开闭；所述前数据处理模块，用于进行焊缝识别和焊缝检测，并将识别结果和检测结果传输至前数据传输模块；所述前数据传输模块，用于将周向摄像头202采集的图像原始数据、处理后的图像数据、焊缝的识别数据以及焊缝的检测结果传输至后台控制端进行数据存储以及输出检测结果，供使用者查看；

所述后信号控制电路模块400包括后图像采集控制模块、电压稳定模块、后照明控制模块、后数据处理模块以及后数据传输模块；所述后图像采集控制模块，用于控制轴向摄像头203的启动和关闭；所述后照明控制模块，用于控制后机身102上安装的照明机构500的开闭；所述后数据处理模块，用于将轴向摄像头203录制的管道内的实时图像进行储存，并将实时图像传输至后数据传输模块；所述后数据传输模块，用于将轴向摄像头203采集的图像原始数据传输至后台控制端进行数据存储以及输出检测结果，供使用者查看；所述电压稳定模块，用于稳定蓄电池601电压，保证管道焊缝检测机器人在移动、识别以及检测时的运行安全，避免由于局部电压过高导致的机械结构损坏的情况发生。

在进行数据具体传输时，所述数据传输模式为有线传输模式或无线传输模式，无线传输模式采用WIFI进行数据传输。具体实施时，所述图像采集机构向后台控制端发送周向摄像头202以及轴向摄像头203获取到的实时图像。

为了在管道焊缝检测机器人出现运行异常情况，所述前、后信号控制电路模块400上还分别安装有蜂鸣器，用于在信号控制电路模块400向蜂鸣器发送报警信号时，蜂鸣器发出报警声音以提醒操作人员进行手动操作，这样可有效防止管道焊缝检测机器人进入管道后丢失。

所述蜂鸣器的报警情形包括电量不足和行进异常，具体的，所述用于对行进异常情况进行报警的蜂鸣器安装于后信号控制电路模块400，所述用于对电量不足情况进行报警的蜂鸣器安装于前信号控制电路模块400；所述电量不足信号是指蓄电池601的电量达到所设定的报警值；所述行进异常信号是指管道焊缝检测机器人在管道内卡住无法前进，当出现这两种情况时，管道焊缝检测机器人车体中搭载的蜂鸣器将发出刺耳的报警声以提醒操作人员。

本实用新型的工作过程如下：当管道焊缝检测机器人开始运行时，信号控制电路模块400向驱动电机301发送前进信号，驱动电机301转动，从而驱动主动轮302转动，进而带动从动轮303转动，从而使得机器人前机身101在管道中带动后机身102一同前进与后退，同时信号控制电路模块400向周向摄像头202发送管道焊缝识别信号，使周向摄像头202对管道内部的焊缝进行自动识别，同时，信号控制电路模块400向轴向摄像头203发送录制信号，使轴向摄像头203录制管道内部的内环境并将录制的视频传输至后数据传输模块，然后后数据传输模块将轴向上摄像头录制的视频传输至后台控制端，从而能够实时显示管道内部的内环境，方便操作人员查看；在识别到焊缝后，信号控制电路模块400向驱动机构发送停止前进信号，管道焊缝机器人停止前进，旋转驱动电机204通过云台201带动周向摄像头202进行360°旋转对识别出的焊缝进行拍照并检测，在完成该点位焊缝的拍照并检测后，信号控制电路模块400向驱动机构发送继续前进信号，机器人自动向前行进，直至遇到下一个焊缝为止，重复上述工作，直至完成整根管道的检测工作或人工控制其停止。

采用本实用新型所公开的一种双段式管道焊缝检测机器人具有如下技术效果：

1、本实用新型公开的双段式管道焊缝检测机器人最大限度的利用了直径较小的管道内的有限空间，适用于管道直径在1.2~2英寸的管道内部焊缝检测，弥补了市场上没有适配尺寸的管道焊缝检测机器人的缺陷，实现了小管径管内焊缝检测的智能化，代替人工操作的繁琐，能够实现管道焊缝的自动检测，无需人工判别，大大提高了检测效率，降低了人工操作比重的占比，进而降低了错误率，提高了检测准确率。

2、本实用新型公开的双段式管道焊缝检测机器人具有两段式结构，且两段式结构中间采用了万向节进行连接，使机器人在适配1.2~2英寸的管道内尺寸的同时，还能够使机器人能够顺利过弯，对于相对复杂的管道内环境，机器人也可以正常工作，同时，两段式的布置使机器人整个车身间接美观，采用该布局使机器人体积大大减小，可以适用于小管径的管道。

3、本实用新型公开的双段式管道焊缝检测机器人相比传统使用带缆摄像头进行人工识别与检测的效率提高了5倍以上，一人可同时操作多台机器人，解决了小管径焊缝检测效率低下的问题，满足了工厂向“无人化”的方向发展的需求。

4、本实用新型公开的双段式管道焊缝检测机器人将舵机中增加了齿轮传动机构，极大限度的增加了相机云台的旋转角度，解决了闭环控制舵机无法拍摄完整一整圈焊缝的问题。

5、本实用新型公开的双段式管道焊缝检测机器人采用无线控制的方式，无线控制的方式不仅使机器人在管道中运动时有更强的机动性，而且可以避免拖曳的线缆对获取的焊缝图像质量的影响；机器人具有稳定性好、操作简单，尺寸较小，适用管径范围广的优点。

可以理解，本实用新型是通过一些具体实施方式/实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和具体实施方式/实施例进行各种改变或等效替换。在本实用新型的教导下，可以对这些特征和具体实施方式/实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。本实用新型所描述的具体实施方式/实施例是本实用新型一部分具体实施方式/实施例，而不是全部的具体实施方式/实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型具体实施方式/实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的具体实施方式/实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定具体实施方式/实施例。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施方式/具体实施例的限制，基于本实用新型中的具体实施方式/实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式/实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种双段式管道焊缝检测机器人，用于检测待测管道内部焊缝，其特征在于，包括前机身(101)、后机身(102)、图像采集机构、驱动机构、供电机构以及信号控制电路模块(400)；

所述前机身(101)与后机身(102)之间通过传动装置(105)活动连接，所述传动装置(105)能够改变前机身(101)与后机身(102)的传动轴线方向；

所述图像采集机构包括周向摄像头(202)以及旋转驱动装置，所述旋转驱动装置与前机身(101)前端固定连接，所述周向摄像头(202)与旋转驱动装置转动连接，所述旋转驱动装置能够驱动周向摄像头(202)旋转；

所述驱动机构安装于前机身(101)，在电驱动下，驱动机构能够带动前机身(101)沿管道内壁向前推进或倒退，前机身(101)通过传动装置(105)带动后机身(102)沿管道内壁前行或后退；

所述供电机构安装于后机身(102)，用于为图像采集机构、驱动机构以及信号控制电路模块(400)提供电源；

所述信号控制电路模块(400)固定于前机身(101)或者后机身(102)顶部，所述信号控制电路模块(400)分别与图像采集机构和驱动机构电连接。

2.根据权利要求1所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述传动装置(105)为万向节，为刚性万向节，所述万向节具有转向端(108)、第一固定端(106)和第二固定端(107)，所述转向端(108)位于第一固定端(106)和第二固定端(107)之间，且转向端(108)的两端分别与第一固定端(106)和第二固定端(107)转动连接，所述第一固定端(106)和第二固定端(107)的另一端分别与前机身(101)末端和后机身(102)前端固定连接。

3.根据权利要求1所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述图像采集机构还包括轴向摄像头(203)，所述轴向摄像头(203)固定安装于后机身(102)末端，轴向摄像头(203)的朝向与后机身(102)轴线平行。

4.根据权利要求1所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述供电机构包括蓄电池(601)和电池仓(602)，所述电池仓(602)固定安装于后机身(102)，蓄电池(601)安装于电池仓(602)内，所述电池仓(602)具有电池盖板，所述电池盖板(603)与电池仓(602)可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述旋转驱动装置包括旋转驱动电机(204)，所述旋转驱动电机(204)的输出端具有转轴，所述转轴能够在旋转驱动电机(204)的驱动下转动，所述周向摄像头(202)通过转轴与旋转驱动电机(204)转动连接，所述转轴的旋转中心线与待测管道中心线重合。

6.根据权利要求5所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述旋转驱动电机(204)为舵机，所述旋转驱动装置还包括齿轮传动机构(205)，所述舵机的输出端与所述齿轮传动机构(205)的输入端固定连接，所述齿轮传动机构(205)的输出端与周向摄像头(202)固定连接，所述齿轮传动机构(205)的输入端与输出端之间转动连接，所述齿轮传动机构(205)能够增大舵机的旋转角度。

7.根据权利要求1所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机(301)、主动轮(302)以及从动轮(303)，所述主动轮(302)对称安装于前机身(101)前端的两侧，所述从动轮(303)对称安装于前机身(101)末端的两侧。

8.根据权利要求7所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述主动轮(302)与从动轮(303)外周套设有履带(304)，使主动轮(302)与从动轮(303)之间传动连接。

9.根据权利要求1所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述前机身(101)和后机身(102)上还分别固定安装有多个照明机构(500)。

10.根据权利要求1所述的双段式管道焊缝检测机器人，其特征在于，所述前机身(101)和后机身(102)顶端的边缘以及后机身(102)侧壁分别对称安装有导向轮(800)，所述导向轮(800)能够与管道内壁接触。

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