CN114235823A - 一种检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，涉及爬壁机器人技术领域。该检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置包括：第一车体，第二车体，连接第一车体和第二车体的螺旋铰接连接轴，设置于第一车体和第二车体上的磁吸附轮，与磁吸附轮连接的伺服电机，分别设置于第一车体左右两侧的被动计数轮、辅助支撑轮，设置于第一车体和第二车体前端的探头安装架，设置于探头安装架上的视觉检测装置和红外线辅助装置，设置于第二车体上的无线传输模块，以及与无线传输模块连接的微处理器。该螺旋运动轨迹爬行机器人装置可以搭载不同的检测探头，沿着管道，进行螺旋轨迹爬行，带动探头对螺旋焊缝进行检测。

Description

一种检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置
技术领域
本发明涉及爬壁机器人技术领域，具体地，涉及一种检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置。
背景技术
目前石油、燃气、化工等采用的压力管道，大部分是钢板通过螺旋卷管并焊接成型，管道上的螺旋埋弧焊缝，有很高的要求，所以螺旋焊缝的检测非常重要。管道螺旋焊缝检测主要还是依赖于人工检测，这种管道焊缝检测任务，往往需要检测人员具备较高的检测技术，且经常需要检测人员攀爬到高处进行检测；同时需要进行不同高度的检测。这种检测存在高空作业危险，劳动强度大，检测效率较低等情况。
公开号为CN101256173A名称为“螺旋焊缝手动扫查器”，主要由扫查架,探头架,滚动轮机构和编码器机构组成,矩形扫查架的四角安装有滚动轮机构,探头架安装在扫查架两边的探头架移动轨道上,编码器机构安装在扫查架外的一侧。通过扫查器检测在役钢质管道螺旋焊缝时在管道上行走稳定、可靠，探头位置始终能准确地和管道焊缝表面平行且保证一定间距,为相控阵结合TOFD超声波检测在役钢质管道螺旋焊缝提供了检测可靠,准确的手动扫查器.该螺旋焊缝手动扫查器存在以下缺陷：1）扫查器是手动的，作业效果很大程度依赖于检测人员自身检测水平；2）整个结构描述简单，笼统。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，该螺旋运动轨迹爬行机器人装置可以搭载不同的检测探头，沿着管道，进行螺旋轨迹爬行，带动探头对螺旋焊缝进行检测。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，包括：第一车体、第二车体、螺旋铰接连接轴、被动计数轮装置、辅助支撑轮、视觉检测装置、红外线辅助装置、探头安装架、伺服电机、无线传输模块和微处理器，所述第一车体和第二车体通过螺旋铰接连接轴连接，所述第一车体和第二车体上均设有磁吸附轮，每个磁吸附轮连接一个伺服电机，所述被动计数轮、辅助支撑轮分别设置于第一车体的左右两侧，所述探头安装架与第一车体、第二车体的前端部连接，所述探头安装架上设有视觉检测装置和红外线辅助装置，所述无线传输模块设置于第二车体上，所述被动计数轮装置、视觉检测装置、红外线辅助装置、伺服电机分别与无线传输模块通过通信连接，所述无线传输模块与微处理器通过通信连接。
进一步地，所述螺旋铰接连接轴包括：第一连接法兰、第一连接轴、第二连接轴、第二连接法兰，所述第一连接法兰与第一连接轴的一端转动连接，所述第二连接法兰与第二连接轴的一端转动连接，所述第一连接轴的另一端与第二连接轴的另一端连接。
进一步地，所述第一连接法兰与第一车体通过铰接连接。
进一步地，所述第二连接法兰与第二车体通过铰接连接。
进一步地，所述第一连接轴的另一端与第二连接轴的另一端通过销轴连接。
进一步地，所述第一连接法兰与第一连接轴的一端通过轴孔转动连接。
进一步地，所述第二连接法兰与第二连接轴的一端通过轴孔转动连接。
进一步地，所述被动计数轮装置与第一车体通过螺栓连接。
进一步地，所述辅助支撑轮与第一车体通过螺栓连接。
进一步地，所述视觉检测装置为防抖相机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置通过设置第一车体、第二车体以及连接第一车体、第二车体的螺旋铰接连接轴，通过螺旋铰接连接轴增强了该爬行机器人装置的柔性，使得该爬行机器人装置能更好的与管道接触；
（2）本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置在第一车体和第二车体上设有磁轮，通过设置磁轮，使得爬行机器人装置能够安全可靠的吸附在管道上，且每个磁吸附轮由一个伺服电机驱动，保证爬行机器人装置在爬行过程中的爬行轨迹精准可控；
（3）本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置中设有视觉检测装置，既可以供检测人员对焊缝进行视觉观察；同时，在检测过程中，视觉检测装置用于反馈焊缝与红外线辅助装置投射的射线是否有偏差，有偏差通过伺服电机来修正爬行机器人的行进路线；
（4）本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置中设有视觉检测装置主要应用于管道螺旋焊缝检测，克服了现有检测手段中需要人工搭建脚手架和人工手持检测装置不足的问题，同时，针对石油、燃气、化工管道大部分是并排布置，检测空间有限，本爬行机器人装置整机体积较小，可以到达很多人工到达不了的地方，应用范围更广。
附图说明
图1为本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置的俯视图；
图2为本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置的结构示意图；
图3为本发明中螺旋铰接连接轴的结构示意图；
在附图中，各附图标记表示：
101.第一车体，102.第二车体，103.螺旋铰接连接轴，104.被动计数轮装置，105.辅助支撑轮，106.视觉检测装置，107.红外线辅助装置，108.探头安装架，201.第一连接法兰，202.第一连接轴，203.第二连接轴，204.第二连接法兰。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所举实施方式只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2，本发明提供了一种检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，包括：第一车体101、第二车体102、螺旋铰接连接轴103、被动计数轮装置104、辅助支撑轮105、视觉检测装置106、红外线辅助装置107、探头安装架108、伺服电机、无线传输模块和微处理器，第一车体101和第二车体102通过螺旋铰接连接轴103连接，通过螺旋铰接连接轴103增强了该爬行机器人装置的柔性，使得该爬行机器人装置能更好的与管道接触。第一车体101和第二车体102上均设有磁吸附轮，使得爬行机器人装置能够安全可靠的吸附在管道上，且每个磁吸附轮连接一个伺服电机，为独立驱动，通过伺服电机驱动磁吸附轮，保证爬行机器人装置在爬行过程中的爬行轨迹精准可控。本发明中的被动计数轮104、辅助支撑轮105分别设置于第一车体101的左右两侧，被动计数轮装置104与第一车体101通过螺栓连接，被动计数轮104能够保证在磁吸附轮发生打滑的情况下，准确的反馈爬行机器人装置所在位置，便于通过伺服电机来控制爬行机器人装置的运动姿态，同时被动计数轮104也能够提供准确的检测位置信息；辅助支撑轮105与第一车体101通过螺栓连接，爬行机器人装置在管道爬行过程中，第一车体101作为主车体，通过辅助支撑轮105与第一车体101上的磁吸附轮共同支撑，保证第一车体101能在管道上稳定接触，而第二车体102通过螺旋铰接连接轴103连接，使得第二车体102能够以自适应的状态与管道稳定接触，并通过磁吸附轮提供可靠的吸附力。探头安装架108与第一车体101、第二车体102的前端部连接，便于安装视觉检测装置106和红外线辅助装置107，探头安装架108上设有视觉检测装置106和红外线辅助装置107，爬行机器人装置在管道上运动时，通过红外辅助装置107来检测管道上的焊缝，同时通过视觉检测装置106来获取管道上的焊缝图像，本发明中采用的视觉检测装置106为防抖相机，可以拍出清晰的图像。本发明中无线传输模块设置于第二车体102上，被动计数轮装置104、视觉检测装置106、红外线辅助装置107、伺服电机分别与无线传输模块通过通信连接，通过无线传输模块来传输数据信息，数据信息包括由被动计数轮装置104检测的爬行机器人装置的位置信息、视觉检测装置106采集的管道图像信息、红外线辅助装置107检测的管道上的焊缝信息以及伺服电机的驱动情况，无线传输模块与微处理器通过通信连接，将数据信息传送给未处理器，工作人员通过对微处理器中获取的数据信息进行分析，并通过无线传输模块将需要调节的信号发送给对应的装置。本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置中设有视觉检测装置主要应用于管道螺旋焊缝检测，克服了现有检测手段中需要人工搭建脚手架和人工手持检测装置不足的问题，同时，针对石油、燃气、化工管道大部分是并排布置，检测空间有限，本爬行机器人装置整机体积较小，可以到达很多人工到达不了的地方，应用范围更广。
如图3，本发明中螺旋铰接连接轴103包括：第一连接法兰201、第一连接轴202、第二连接轴203、第二连接法兰204，第一连接法兰201与第一连接轴202的一端通过轴孔转动连接，使得第一连接轴202可以绕着轴孔的轴线转动；第二连接法兰204与第二连接轴203的一端通过轴孔转动连接，使得第二连接轴203可以绕着轴孔的轴线转动；第一连接轴202的另一端与第二连接轴203的另一端通过销轴连接，使得第二连接轴203可以绕着销轴的轴线转动；第一连接法兰201与第一车体101通过铰接连接，第二连接法兰204与第二车体102通过铰接连接。本发明通过螺旋铰接连接轴103上的三处运动副，增强了该爬行机器人的柔性，保证第一车体101和第二车体102在管道上运动时，第一车体101、第二车体102通过螺旋铰接连接轴103作螺旋运动和铰接运动，使得磁吸附车轮均能以动态自适应与管道充分接触，为爬行机器人装置提供了可靠的吸附力。
本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置的工作过程具体为：工作人员将该爬行机器人放置在待检测焊缝的管道上，此时爬行机器人装置的磁吸附轮可靠的吸附在管道上，每个磁吸附轮由一个伺服电机驱动，通过微处理器向无线传输模块发送各个伺服电机的驱动信息，再通过无线传输模块传送到各个伺服电机上，使得爬行机器人装置在管道上进行前进、后退或转弯运动。在爬行机器人装置运动的过程中，通过探头安装架108上的红外线辅助装置107检测管道上的焊缝，并通过无线传输模块发送给微处理器，微处理器将获取焊缝定位的信号通过无线传输模块传送给被动计数轮装置104，通过被动计数轮装置104定位爬行机器人装置所在的位置，从而获得焊缝位置，并将焊缝位置信号通过无线传输模块发送给微处理器；同时，微处理器将拍摄图像的信号通过无线传输模块传送给视觉检测装置106，视觉检测装置进行拍摄，并将拍摄的图像通过无线传输模块发送给微处理器，方便工作人员可以复查观察被检管道表面情况，也为检测结构报告提供影像资料，使检测报告更加丰富直观。此外，通过视觉检测装置106和红外线辅助装置107的配合使用，工作人员可以观察爬行机器人装置的运行轨迹是否偏离，若发生偏离，通过微处理器通过无线传输模块发送调整伺服电机驱动信号传输给各个伺服电机，通过伺服电机驱动调整磁吸附轮的运动方向，来修正运行轨迹，保证检测过程的准确性。
本发明检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置的应用，使得管道螺旋焊缝检测工作变得简单可靠，且不用搭建脚手架，检测效率高，检测费用低。
本发明具体实施方式中仅以管道焊缝检测为例，针对管道螺旋焊缝检测进行详述，此外，本发明还适用于罐体类的纵向和横向焊缝检测。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施方式，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，包括：第一车体（101）、第二车体（102）、螺旋铰接连接轴（103）、被动计数轮装置（104）、辅助支撑轮（105）、视觉检测装置（106）、红外线辅助装置（107）、探头安装架（108）、伺服电机、无线传输模块和微处理器，所述第一车体（101）和第二车体（102）通过螺旋铰接连接轴（103）连接，所述第一车体（101）和第二车体（102）上均设有磁吸附轮，每个磁吸附轮连接一个伺服电机，所述被动计数轮（104）、辅助支撑轮（105）分别设置于第一车体（101）的左右两侧，所述探头安装架（108）与第一车体（101）、第二车体（102）的前端部连接，所述探头安装架（108）上设有视觉检测装置（106）和红外线辅助装置（107），所述无线传输模块设置于第二车体（102）上，所述被动计数轮装置（104）、视觉检测装置（106）、红外线辅助装置（107）、伺服电机分别与无线传输模块通过通信连接，所述无线传输模块与微处理器通过通信连接。
2.根据权利要求1所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述螺旋铰接连接轴（103）包括：第一连接法兰（201）、第一连接轴（202）、第二连接轴（203）、第二连接法兰（204），所述第一连接法兰（201）与第一连接轴（202）的一端转动连接，所述第二连接法兰（204）与第二连接轴（203）的一端转动连接，所述第一连接轴（202）的另一端与第二连接轴（203）的另一端连接。
3.根据权利要求2所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述第一连接法兰（201）与第一车体（101）通过铰接连接。
4.根据权利要求2所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述第二连接法兰（204）与第二车体（102）通过铰接连接。
5.根据权利要求2所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述第一连接轴（202）的另一端与第二连接轴（203）的另一端通过销轴连接。
6.根据权利要求2所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述第一连接法兰（201）与第一连接轴（202）的一端通过轴孔转动连接。
7.根据权利要求2所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述第二连接法兰（204）与第二连接轴（203）的一端通过轴孔转动连接。
8.根据权利要求1所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述被动计数轮装置（104）与第一车体（101）通过螺栓连接。
9.根据权利要求1所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述辅助支撑轮（105）与第一车体（101）通过螺栓连接。
10.根据权利要求1所述检测用螺旋运动轨迹爬行机器人装置，其特征在于，所述视觉检测装置（106）为防抖相机。
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