管道检测机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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】
[0004]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。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现:
[0006]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。
[0007]所述的激光检测机构(I)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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]由于采用以上技术方案，本实用新型具有以下优点和效果:
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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】
[0015]图1为本实用新型机器人总体结构示意图；
[0016]图2为本实用新型激光检测结构示意图；
[0017]图3为本实用新型牵引机构示意图；
[0018]图4为本实用新型电磁超声检测结构示意图
[0019]图5为本实用新型电子舱结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型根据附图进行实施，下面结合附图作详细说明。
[0021]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。
[0022]如图2所示，激光检测机构I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I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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
【主权项】
1.一种管道检测机器人，主要由激光检测机构(I)、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(I)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(I)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(I)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)—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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】F16L55-32, F16L101-30
【公开号】CN204328336
【申请号】CN201420331374
【发明人】曹建树, 李魁龙, 李杨, 刘强, 徐宝东, 张义
【申请人】北京石油化工学院
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年6月20日