CN111140723B - 一种变径行走式天然气管道检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变径行走式天然气管道检测机器人，包括变径机构、行走机构、检测装置和液压缸。液压缸两端设置有变径机构，两端变径机构的底端连接有行走机构，机器人后端的变径机构一侧连接有检测装置，在本发明中，通过液压缸塞、液压缸体、第一液压管和第二液压管组成的液压缸实现液压驱动，避免了电机的使用，在管道中更加安全，检测装置为一密闭结构，使其工作时更加安全，通过长轴、同步盘、滑块、辅助杆、曲柄、弹簧、第一弹簧推杆、第二弹簧推杆、和轮底座组成的变径机构，结构简单，具有一定的变径能力，通过轮底座上的弹簧片使机器人具有较好的越障能力。

Description

一种变径行走式天然气管道检测机器人

技术领域

本发明涉及管道检测机器人领域，尤其是涉及一种变径行走式天然气管道检测机器人。

背景技术

管道检测机器人一种是集驱动技术、传感器技术、控制技术以及信号处理技术于一体的智能化机电装置。主要用于油气管道的检测，可以防止油气管道发生泄漏，提高管道的使用寿命，保障了一线工作人员的生命安全，也提高了检测效率。由于油气管道运输距离较长，管道内部的空间大小有限，随着油气的流动内部的压力不稳定等因素，要求管道检测机器人具有防爆、快速越障等性能，对管道机器人的环境的适应性、自身的稳定性、能源方面的供给等驱动特性提出了较高的要求，这些特性也是当前管道检测机器人相关研究的热点。

目前大多数管道检测机器人驱动方式为电机驱动，管道检测机器人的驱动电机大多直接暴露在油气管道内部，没有增加防爆措施，在管道的检测过程中极易诱发爆炸，具有一定的安全隐患。同时，天然气长输管道管径变化大，弯头较多，普通的轮式管道机器人的越障较为困难，容易发生卡住、无法通过。

发明内容

本发明的目的是公开一种变径行走式天然气管道检测机器人，以解决上述背景中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变径行走式天然气管道检测机器人，包括变径机构、行走机构、液压缸和检测装置，液压缸两端设置有变径机构，两端变径机构的底端连接有行走机构，机器人后端的变径机构连接有检测装置；

所述的变径机构包括第一弹簧推杆、第二弹簧推杆、长轴、同步盘、滑块、辅助杆、曲柄、弹簧和轮底座；检测装置的第一数字摄像头安装板连接有贯穿同步盘、滑块、第二支撑板和第三支撑板的长轴，滑块一侧连接有同步盘，同步盘与第一支撑板之间通过第一弹簧推杆连接，第一弹簧推杆后端连接有液压缸塞，液压缸塞贯穿滑块和同步盘，液压缸体后端连接有第二支撑板，第二支撑板与检测装置的第一数字摄像头安装板之间通过贯穿第三支撑板的第二弹簧推杆连接，第二支撑板与第三支撑板之间的第二弹簧推杆和第一弹簧推杆外部套有弹簧，第一支撑板和第二支撑板与轮底座之间通过曲柄连接，第三支撑板和同步盘一侧通过辅助杆与曲柄的中部相连；

所述检测装置包括第一数字摄像头安装板、第二数字摄像头安装板、第一数字摄像头安装底板、第二数字摄像头安装底板、第一数字摄像头、第二数字摄像头、铜螺柱、圆筒、印刷电路板、漏磁检测探头、液压管通过孔、电缆和备用电池；第一数字摄像头安装板和第二数字摄像头安装板上设置有液压管通过孔，第一数字摄像头安装板和第二数字摄像头安装板通过圆筒连接，圆筒上设置有漏磁检测探头，第一数字摄像头安装板与第一数字摄像头安装底板之间有连接在第一数字摄像头安装板的第一数字摄像头，第一数字摄像头安装板与第一数字摄像头安装底板通过铜螺柱连接，第二数字摄像头安装板与第二数字摄像头安装底板之间有连接在第二数字摄像头安装板的第二数字摄像头，第二数字摄像头安装板与第二数字摄像头安装底板通过铜螺柱连接，备用电池和印刷电路板连接，印刷电路板和第一数字摄像头安装板连接，电缆贯穿第二数字摄像头安装板与印刷电路板连接，漏磁检测探头通过线路与印刷电路板连接；

所述的液压缸包括液压缸塞、液压缸体、第一液压管和第二液压管；第一液压管和第二液压管与液压缸体连接，第一液压管和第二液压管的后端和检测部分中的液压管通过孔连接；

所述的行走机构包括内棘轮轮框、内棘轮套件、内棘轮轮锁和内棘轮轮键；轮底座中部通过内棘轮轮键连接，内棘轮轮键贯穿内棘轮套件，内棘轮套件外部设置有内棘轮轮框，内棘轮轮框与内棘轮套件之间有内棘轮轮锁连接。

作为本发明进一步的技术方案，所述机器人前后两端变径机构中的辅助杆、曲柄、轮底座的数量均为三个，三个轮底座呈120°分布在径向圆周范围内。

作为本发明进一步的技术方案，所述长轴的前端填有橡胶垫圈，防止长轴与同步盘之间发生刚性碰撞损坏零件。

作为本发明进一步的技术方案，所述弹簧为高弹性系数弹簧。

作为本发明进一步的技术方案，所述轮底座设置有滑槽，轮底座上设置有弹簧片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明选用的管道检测机器人的驱动方式为液压驱动，液压驱动的动力主要由在天然气管道外的液压泵通过液压管对液压缸输送的液压油来提供，只有在天然气管道外的液压缸需要用电力驱动，在管道内的液压缸工作时依靠的是液压油，不会产生电火花，通过此方式降低了管道检测机器人在天然气管道内行进时因驱动部分产生电火花进而导致爆炸的可能性。

2、检测装置为一密闭装置，和管道检测机器人之间为可拆卸连接，连接方式为简单的螺纹连接，便于携带和现场组装，密封装置降低电路元件产生电火花时引发爆炸的可能性。

3、通过第一弹簧推杆、第二弹簧推杆、长轴、同步盘、滑块、辅助杆、曲柄、弹簧和轮底座组成的变径机构，结构简单，具有一定的变径能力。

4、内棘轮可以使管道检测机器人在天然气管道中行进时不会打滑，使管道机器人可以在管道中稳定行进和稳定停止；内棘轮底座的弹簧片和滑槽使管道检测机器人可以翻越管道焊缝等障碍，同时弹簧片也起到防止管道检测机器人行进过程中打滑的现象。

附图说明

图1为本发明三维结构示意图。

图2为本发明变径机构和液压缸的结构示意图。

图3为本发明检测装置的结构示意图。

图4为本发明液压缸的结构示意图。

图5为本发明行走机构的结构示意图。

图中：1-第一支撑板,2-第二支撑板,3-第三支撑板,4-第一弹簧推杆,5-第二弹簧推杆,6-长轴,7-同步盘,8-滑块,9-辅助杆,10-曲柄,11-弹簧,12-轮底座,13-液压缸塞,14-液压缸体,15第一液压管,16-第二液压管,17-内棘轮轮框,18-内棘轮套件,19-内棘轮轮锁,20-内棘轮轮键,21-滑槽，22-弹簧片，23-橡胶垫圈，24-第一数字摄像头安装板，25-第二数字摄像头安装板，26-第一数字摄像头安装底板，27-第二数字摄像头安装底板，28-第一数字摄像头，29-第二数字摄像头，30-铜螺柱，31-圆筒，32-印刷电路板，33-漏磁检测探头，34-液压管通过孔，35-电缆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

实施例一，本发明包括变径机构、行走机构、液压缸和检测装置，液压缸两端设置有变径机构，两端变径机构的底端连接有行走机构，机器人后端的变径机构连接有检测装置；

所述变径机构包括第一弹簧推杆4、第二弹簧推杆5、长轴6、同步盘7、滑块8、辅助杆9、曲柄10、弹簧11和轮底座12；检测装置的第一数字摄像头安装板24连接有贯穿同步盘7、滑块8、第二支撑板2和第三支撑板3的长轴6，滑块8一侧连接有同步盘7，同步盘7与第一支撑板1之间通过第一弹簧推杆4连接，第一弹簧推杆4后端连接有液压缸塞13，液压缸塞13贯穿滑块8和同步盘7，液压缸体14后端连接有第二支撑板2，第二支撑板2与检测装置的第一数字摄像头安装板24之间通过第二弹簧推杆5连接，第二弹簧推杆5和第一弹簧推杆4外部套有弹簧11，第一支撑板1和第二支撑板2与轮底座12之间通过曲柄10连接，第三支撑板3和同步盘7一侧通过辅助杆9与曲柄10的中部相连；

所述检测装置包括第一数字摄像头安装板24、第二数字摄像头安装板25、第一数字摄像头安装底板26、第二数字摄像头安装底板27、第一数字摄像头28、第二数字摄像头29、铜螺柱30、圆筒31、印刷电路板32、漏磁检测探头33、液压管通过孔34、电缆35和备用电池；第一数字摄像头安装板24和第二数字摄像头安装板25上设置有液压管通过孔34，第一数字摄像头安装板24和第二数字摄像头安装板25通过圆筒31连接，圆筒31上设置有漏磁检测探头33，第一数字摄像头安装板24与第一数字摄像头安装底板26之间有连接在第一数字摄像头安装板24的第一数字摄像头28，第一数字摄像头安装板24与第一数字摄像头安装底板26通过铜螺柱30连接，第二数字摄像头安装板25与第二数字摄像头安装底板27之间有连接在第二数字摄像头安装板25的第二数字摄像头29，第二数字摄像头安装板25与第二数字摄像头安装底板27通过铜螺柱30连接，备用电池和印刷电路板32连接，印刷电路板32和第一数字摄像头安装板24连接，电缆35贯穿第二数字摄像头安装板25与印刷电路板32连接，漏磁检测探头33通过线路与印刷电路板32连接。

所述液压缸包括液压缸塞13、液压缸体14、第一液压管15和第二液压管16；第一液压管15和第二液压管16与液压缸体14连接，第一液压管15和第二液压管16的后端和检测部分中的液压管通过孔34连接。

所述行走机构包括内棘轮轮框17、内棘轮套件18、内棘轮轮锁19和内棘轮轮键20；轮底座12中部通过内棘轮轮键20连接，内棘轮轮键20贯穿内棘轮套件18，内棘轮套件18外部设置有内棘轮轮框17，内棘轮轮框17与内棘轮套件18之间有内棘轮轮锁19连接。

实施例二，在实施例一的基础上，所述机器人前后两端变径机构中的辅助杆9、曲柄10、轮底座12的数量均为三个，三个轮底座12呈120°分布在径向圆周范围内，便于机器人在管道内的移动。

实施例三，在实施例一的基础上，所述长轴6的前端填有橡胶垫圈25，防止长轴6与同步盘7之间发生刚性碰撞损坏零件。

实施例四，在实施例一的基础上，所述弹簧11为高弹性系数弹簧，作用在于：当液压缸工作将液压缸塞13推出时，第二弹簧推杆4推动第一支撑板1向前移动，高弹性系数弹簧使弹簧11伸长量减小，保证行走机构对管壁有一定压力，保证行走机构紧贴于管道内壁。

实施例五，在实施例一的基础上，所述轮底座12设置有滑槽21，轮底座上设置有弹簧片22，使行走机构可以在竖直方向上滑动，作用在于：使管道检测机器人具有一定的越障能力，当遇到障碍时，行走机构会挤压弹簧片22，沿着滑槽21下移，越过障碍之后，弹簧片22恢复至初始状态，完成管道内壁越障。

在本实施例中，行走机构为一单向转动的从动轮，当逆转动方向转动时，行走机构会因为内棘轮轮锁19实现机械自锁，致使行走机构不能进行逆向转动，使行走机构和天然气管道内壁之间的摩擦从滚动摩擦转变为滑动摩擦，因行走机构和天然气管道内壁的滚动摩擦的摩擦系数小于滑动摩擦系数，所以行走机构和天然气管道内壁之间的摩擦力增加，可以防止轮在管道内壁打滑的现象，轮底座12上的弹簧片22对行走机构也起到防止打滑的作用，使管道检测机器人在管道内行进更加稳定，提高行进效率。

在本实施例中，通过第一弹簧推杆4、第二弹簧推杆5、长轴6、同步盘7、滑块8、辅助杆9、曲柄10、弹簧11、轮底座12组成的变径机构具有一定的变径能力，当机器人行走在不同管径的管道内时，机器人前端通过第一弹簧推杆4、弹簧11、第一支撑板1和同步盘7改变曲柄9和辅助杆10的水平方向的角度，机器人后端通过第二弹簧推杆5、弹簧11、第二支撑板2和第三支撑板3改变曲柄9和辅助杆10的水平方向的角度，从而实现一定的变径功能。

在本实施例中，对管道内壁的检测以漏磁检测探头33为主，第一数字摄像头28、第二数字摄像头29和其它拓展安装的传感器对管道内壁的检测起辅助作用。管道检测机器人中的第一数字摄像头28和第二数字摄像头29采集的视频数据、漏磁检测探头33采集的管道内壁数据通过转换模块汇为数字信号，通过通讯线传输给缆线盘；缆线盘将数字信号传输给信息采集控制终端的分析模块，分析模块将漏磁检测探头33采集的管道内壁数据和第一数字摄像头28与第二数字摄像头29采集的视频数据传输到移动终端上显示。

本发明运动原理为：当第二液压管16进油，第一液压管15出油时，作用在液压缸体14上的液体压力会提供一个轴向向后的力和通过曲柄9和辅助杆10转换为径向的对管道内壁的支撑力，机器人后端的行走机构由于自身结构实现机械自锁，此时机器人后端的行走机构和天然气管道内壁之间的摩擦从滚动摩擦转变为滑动摩擦，摩擦因数增大，所能提供的摩擦力大于轴向向后的力，避免出现打滑和后退的情况，使后端行走机构位置保持不变，作用在液压缸塞13上的液体压力提供一个轴向向前的力，推动第一弹簧推杆4，第一弹簧推杆4推动第一支撑板1向前移动，通过弹簧11拉动同步盘7和滑块8，使前端行走机构前进，当第一液压管15进油，第二液压管16出油时，作用在液压缸塞13上的液体压力会提供一个轴向向后的力和通过曲柄9和辅助杆10转换为径向的对管道内壁的支撑力，机器人前端的行走机构由于自身结构实现机械自锁，此时机器人前端的行走机构和天然气管道内壁之间的摩擦从滚动摩擦转变为滑动摩擦，摩擦因数增大，所能提供的摩擦力大于轴向向前的力，避免出现打滑和后退的情况，使前端行走机构位置保持不变，作用在液压缸体14上的液体压力提供一个轴向向前的力，推动第二弹簧推杆5，第二弹簧推杆5推动第二支撑板2向前移动，通过弹簧11拉动第三支撑板3，使后端行走机构前进。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种变径行走式天然气管道检测机器人，其特征在于：包括变径机构、行走机构、液压缸和检测装置；液压缸两端设置有变径机构，两端变径机构的底端连接有行走机构，机器人后端的变径机构连接有检测装置；

所述变径机构包括第一弹簧推杆(4)、第二弹簧推杆(5)、长轴(6)、同步盘(7)、滑块(8)、辅助杆(9)、曲柄(10)、弹簧(11)和轮底座(12)；检测装置的第一数字摄像头安装板(24)一侧连接有贯穿同步盘(7)、滑块(8)、第二支撑板(2)和第三支撑板(3)的长轴(6)，滑块(8)一侧连接有同步盘(7)，同步盘(7)与第一支撑板(1)之间通过第一弹簧推杆(4)连接，第一弹簧推杆(4)后端连接有液压缸塞(13)，液压缸塞(13)贯穿滑块(8)和同步盘(7)，液压缸体(14)后端连接有第二支撑板(2)，第二支撑板(2)与检测装置的第一数字摄像头安装板(24)之间通过贯穿第三支撑板(3)的第二弹簧推杆(5)连接，第二支撑板(2)与第三支撑板(3)之间的第二弹簧推杆(5)和第一弹簧推杆(4)外部套有弹簧(11)，第一支撑板(1)和第二支撑板(2)与轮底座(12)之间通过曲柄(10)连接，第三支撑板(3)和同步盘(7)一侧通过辅助杆(9)与曲柄(10)的中部相连；

所述检测装置包括第一数字摄像头安装板(24)、第二数字摄像头安装板(25)、第一数字摄像头安装底板(26)、第二数字摄像头安装底板(27)、第一数字摄像头(28)、第二数字摄像头(29)、铜螺柱(30)、圆筒(31)、印刷电路板(32)、漏磁检测探头(33)、液压管通过孔(34)、电缆(35)和备用电池；第一数字摄像头安装板(24)和第二数字摄像头安装板(25)上设置有液压管通过孔(34)，第一数字摄像头安装板(24)和第二数字摄像头安装板(25)通过圆筒(31)连接，圆筒(31)上设置有漏磁检测探头(33)，第一数字摄像头安装板(24)与第一数字摄像头安装底板(26)之间有连接在第一数字摄像头安装板(24)的第一数字摄像头(28)，第一数字摄像头安装板(24)与第一数字摄像头安装底板(26)通过铜螺柱(30)连接，第二数字摄像头安装板(25)与第二数字摄像头安装底板(27)之间有连接在第二数字摄像头安装板(25)的第二数字摄像头(29)，第二数字摄像头安装板(25)与第二数字摄像头安装底板(27)通过铜螺柱(30)连接，备用电池和印刷电路板(32)连接，印刷电路板(32)和第一数字摄像头安装板(24)连接，电缆(35)贯穿第二数字摄像头安装板(25)与印刷电路板(32)连接，漏磁检测探头(33)通过线路与印刷电路板(32)连接；

所述液压缸包括液压缸塞(13)、液压缸体(14)、第一液压管(15)和第二液压管(16)；第一液压管(15)和第二液压管(16)与液压缸体(14)连接，第一液压管(15)和第二液压管(16)的后端和检测部分中的液压管通过孔(34)连接；

所述行走机构包括内棘轮轮框(17)、内棘轮套件(18)、内棘轮轮锁(19)和内棘轮轮键(20)；轮底座(12)中部通过内棘轮轮键(20)连接，内棘轮轮键(20)贯穿内棘轮套件(18)，内棘轮套件(18)外部设置有内棘轮轮框(17)，内棘轮轮框(17)与内棘轮套件(18)之间有内棘轮轮锁(19)连接；

所述机器人前后两端变径机构中的辅助杆(9)、曲柄(10)、轮底座(12)的数量均为三个，三个轮底座(12)呈120°分布在径向圆周范围内；

所述长轴(6)的前端填有橡胶垫圈(23)，防止长轴(6)与同步盘(7)之间发生刚性碰撞损坏零件。

2.根据权利要求1所述的一种变径行走式天然气管道检测机器人，其特征在于，所述弹簧(11)为高弹性系数弹簧。

3.根据权利要求1所述的一种变径行走式天然气管道检测机器人，其特征在于，所述轮底座(12)设置有滑槽(21)，轮底座上设置有弹簧片(22)。