專利名稱：石油管道檢測機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種石油管道檢測機器人，是一種被動式的用超聲波的檢測方法來檢測石油管道的石油管道檢測機器人。
背景技術(shù)：
管道機器人的工作空間是復雜、封閉的各種管道，包括水平直管、各角度彎管、斜坡管、垂直管以及變徑管接口等，它的運行距離一般較長。因此，機器人的機械結(jié)構(gòu)必須靈活可靠，且有較大的牽引力。為了具有通用性，適應不同半徑的管道檢測，機器人應具有可調(diào)節(jié)半徑。
目前，已經(jīng)開發(fā)的石油管道檢測機器人的驅(qū)動方式，主要包括主動式和從動式兩種，主動式可以對機器人的運動速度進行控制，但是要消耗大量的能量，所以一般采用接入電纜的方法給機器人提供動力和進行數(shù)據(jù)傳遞，這就大大限制了機器人的運動距離；從動式是依靠油管中石油的流動來運動，所以消耗的能源很少，機械結(jié)構(gòu)簡單，但是機器人的運動速度不是很穩(wěn)定，而且機器人的運動速度也不受控制。
國外一些著名公司如NKK、Pipetonix、TD-Willianson等在管道檢測機器人的開發(fā)與研制方面開展比較多，國內(nèi)對這方面的研究尚處于起步階段。國外主要采用的多元蜂窩式檢測頭，其最多可載有566多個超聲探頭。各個超聲探頭直接向管壁發(fā)射寬頻超聲波，又直接接收反射波。這種機器人的內(nèi)部還設(shè)有擺錘及自動調(diào)節(jié)機構(gòu)，以免機器人在行進的過程中發(fā)生自身的偏轉(zhuǎn)，這種檢測方法叫靜態(tài)超聲波檢測。還有動態(tài)檢測，所謂動態(tài)檢測，就是探頭盤帶著若干個(我們采用四個)超聲頭在石油管道內(nèi)隨石油的流動作旋轉(zhuǎn)探測。相比較而言，動態(tài)檢測的優(yōu)點是成本低，檢測全面，易于采用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供一種石油管道檢測機器人，我們采用探頭盤帶著四個超聲頭的動態(tài)檢測該管道檢測機器人，可以實現(xiàn)在石油管道中的檢測，能夠自動適應一定的管道半徑變化，并能夠通過曲率半徑的較大的彎道。該機器人能夠?qū)z測結(jié)果通過單片機記錄到存儲器中，并且能耗很低，解決了管道檢測機器人長距離工作的問題。
石油管道檢測機器人采用從動式結(jié)構(gòu)，是輪式載體，機器人由機身、行駛機構(gòu)和檢測裝置組成，檢測裝置是超聲波探頭(含超聲波發(fā)射和接受器)，安裝在機器人的機身前端，其特點是在機器人尾部有一橡膠圓盤(為機器人提供動力)，機身由兩個圓柱體構(gòu)成，分成前部和后部兩部分，機身前部和后部通過萬向節(jié)連接(使得機器人可以自動通過彎道，尤其是曲率較大的彎道)；行駛機構(gòu)是從動輪，分別安裝在機身前部和后部；檢測裝置安裝在前機身上，檢測方法采用動態(tài)超聲波檢測法。
當機器人運動時，4個超聲波探頭繞周向旋轉(zhuǎn)，并發(fā)射超聲波，經(jīng)管道反射回來的超聲波被探頭接受，經(jīng)放大處理產(chǎn)生脈沖，經(jīng)內(nèi)部處理得到管道的內(nèi)部情況，從而實現(xiàn)了對油管的檢測。
本發(fā)明的有益效果是1.結(jié)構(gòu)簡單，能耗低，能夠適應石油管道這種惡劣的環(huán)境，工作距離很長，而且能實時的對石油管道內(nèi)的情況進行記錄存儲。
2.能夠自動適應管道直徑的變化，并且能夠通過萬向節(jié)對曲率較大的彎道進行自身的調(diào)整。
3.檢測方法采用動態(tài)超聲波檢測法，通過4個超聲波探頭隨著機器人的運動而轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了管道內(nèi)動態(tài)超聲波檢測，提高了檢測的效率，能夠滿足管道檢測的要求。
4.采用超聲波檢測的方法，通過超聲波在管道內(nèi)、外側(cè)的發(fā)射產(chǎn)生的時間差，來計算石油管道的厚度。將厚度與預先設(shè)定好的厚度進行比較，若厚度小于設(shè)定的厚度，則將讀取時間信息，并將其存放在存儲器中。
5.機器人工作完成后，通過計算機讀取存儲器中的數(shù)據(jù)，即可對管道內(nèi)的狀況進行分析與處理。


圖1是機器人結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是輪子的伸縮機構(gòu)示意圖。
圖3是檢測過程示意圖。
圖4是超聲波測量原理。
圖5是信號處理時序圖。
圖6是動態(tài)檢測掃描重疊示意圖。
圖7是數(shù)據(jù)處理單元框圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型提供一種石油管道檢測機器人，機器人采用從動式結(jié)構(gòu)，機器人由機身、行駛機構(gòu)和檢測裝置組成，檢測裝置是超聲波探頭，含超聲波發(fā)射和接受器，安裝在機器人的機身前端，其特征在于在機器人尾部有一橡膠圓盤1，機身由兩個圓柱體構(gòu)成，分成前部2和后部3兩部分，機身前部2和后部3通過萬向節(jié)4連接；行駛機構(gòu)是從動輪，分別安裝在機身前部和后部；檢測裝置安裝在前機身上。實施時，檢測裝置使用了四個超聲波探頭。
行駛機構(gòu)是六組從動輪，兩個輪子5為一組，每組輪子相差120度，分別安裝在機身前部2和后部3。機器人后部的輪子為里程輪，用于機器人的內(nèi)定位，隨著機器人的行走而轉(zhuǎn)動。通過測定它的參數(shù)，確立機器人移動距離，從而得出所檢測出的缺陷在管道中的位置。
實施時，機器人機身后部3內(nèi)還裝有電池和數(shù)據(jù)處理裝置。
見圖1、圖2，從動輪由輪子5、輪架6、主軸7、扭簧12和曲柄滑塊機構(gòu)組成，輪子5安裝在輪架6上，曲柄滑塊機構(gòu)包括轉(zhuǎn)動圓盤8、曲柄9、滑塊10和支撐架11組成，曲柄9一端設(shè)置在轉(zhuǎn)動圓盤8邊緣，曲柄9另一端與滑塊10相連，滑塊10另一端與輪架6相連接，轉(zhuǎn)動圓盤8通過支撐架11安裝在機身內(nèi)，并使轉(zhuǎn)動圓盤8套在主軸7上，通過曲柄滑塊機構(gòu)來實現(xiàn)輪子的伸縮，并能夠適應一定的管道直徑變化。
見圖3、圖4，檢測過程如下當超聲探頭對管壁發(fā)出一個超聲脈沖后，探頭首先接收到由管壁的內(nèi)表面反射回來的脈沖，這個脈沖與基準脈沖之間的間距是很容易測量的，該間距值表示為t1。然后，超聲探頭又會接收到由管壁的外表面反射回來的脈沖，這個脈沖與內(nèi)表面產(chǎn)生的脈沖之間的間距為t2，t2值就反映了管壁的厚度。
見圖5、圖6，動態(tài)檢測掃描重疊示意圖，其中的圓形區(qū)域表示單個超聲脈沖在管壁上的覆蓋范圍，即檢測面積。檢測頭的轉(zhuǎn)動加上機器人本體的移動，就會在被測管道的管壁上產(chǎn)生無數(shù)的掃描帶，控制機器人的移動速度，相鄰的掃描帶的重復區(qū)域為1/4，便會形成一個連貫的掃描段。隨著檢測機器人在被測管道內(nèi)的行進，便可以完成對整個管線的檢測。
由于通過超聲波計算管道的壁厚需要很大的計算量和很長的時間，所以通過先前的計算，得到允許的脈沖間距t2，當t2過大時，通過單片機將時間數(shù)據(jù)寫入存儲器中。機器人的運動可以近似看為勻速運動，所以對于時間的紀錄也就是對位置的記錄。
如圖5、圖7所示，在同步信號上升沿的作用下，超聲波產(chǎn)生器產(chǎn)生超聲脈沖，經(jīng)過超聲波探頭向介質(zhì)中發(fā)射，碰到輸油管內(nèi)壁產(chǎn)生第一次反射；由該探頭接收到，放大處理產(chǎn)生脈沖，稱為A波；同樣在輸油管外壁也產(chǎn)生第二次反射，再由該探頭接收到，放大處理得到脈沖稱為B波。4路測量接收機都測到4個A波和4個B波；而溫度補償接收機得到一個溫度補償?shù)腁t波。將超聲波接收系統(tǒng)送來的九路反射信號整形成脈沖信號，由零基準信號前沿觸發(fā)單路溫度波門形成電路，形成波門前沿，而分別在At波前沿再觸發(fā)形成波門后沿，將此波門分別控制十二位計數(shù)器，對時鐘計數(shù)，計出波門內(nèi)時鐘個數(shù)，送到鎖存器中，這個數(shù)據(jù)代表了溫度補償。同樣，由A波分別觸發(fā)的四路壁厚波門形成電路，產(chǎn)生波門的前沿，再由B波分別觸發(fā)產(chǎn)生波門后沿，將此波門控制四通道八位計數(shù)器，對時鐘計數(shù)，求得波門內(nèi)時鐘脈沖個數(shù)，送到鎖存器中，它代表了輸油管壁的厚度，由單片機從鎖存器循環(huán)讀出壁厚值，通過比較器，與預先設(shè)置的值進行比較，若壁厚小于設(shè)定值，則單片機讀取時間信息和壁厚信息，并將其記錄到存儲器中。
權(quán)利要求1.一種石油管道檢測機器人，機器人采用從動式結(jié)構(gòu)，機器人由機身、行駛機構(gòu)和檢測裝置組成，檢測裝置是超聲波探頭，安裝在機器人的機身前端，其特點是在機器人尾部有一橡膠圓盤(1)，機身由兩個圓柱體構(gòu)成，分成前部(2)和后部(3)兩部分，機身前部(2)和后部(3)通過萬向節(jié)(4)連接；行駛機構(gòu)是從動輪，分別安裝在機身前部(2)和后部(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油管道檢測機器人，其特征在于行駛機構(gòu)是六組從動輪，兩個輪子(5)為一組，每組輪子相差120度，分別安裝在機身前部(2)和后部(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油管道檢測機器人，其特征在于從動輪由輪子(5)、輪架(6)、主軸(7)、扭簧(12)和曲柄滑塊機構(gòu)組成，輪子(5)安裝在輪架(6)上，曲柄滑塊機構(gòu)包括轉(zhuǎn)動圓盤(8)、曲柄(9)、滑塊(10)和支撐架(11)組成，曲柄(9)一端設(shè)置在轉(zhuǎn)動圓盤(8)邊緣，曲柄(9)另一端與滑塊(10)相連，滑塊(10)另一端與輪架(6)相連接，轉(zhuǎn)動圓盤(8)通過支撐架(11)安裝在機身內(nèi)，并使轉(zhuǎn)動圓盤(8)套在主軸(7)上.。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石油管道檢測機器人，其特征在于機器人機身后部(3)內(nèi)還裝有電池和數(shù)據(jù)處理裝置。
專利摘要本實用新型提供一種石油管道檢測機器人，采用從動式結(jié)構(gòu)，是輪式載體，機器人由機身、行駛機構(gòu)和檢測裝置組成，檢測裝置是超聲波探頭，安裝在機器人的機身前端，其特征在于在機器人尾部有一橡膠圓盤1(為機器人提供動力)，機身由兩個圓柱體構(gòu)成，分成前部2和后部3兩部分，機身前部2和后部3通過萬向節(jié)4連接(使得機器人可以自動通過彎道，尤其是曲率較大的彎道)；行駛機構(gòu)是從動輪，分別安裝在機身前部2和后部3；檢測方法采用動態(tài)超聲波檢測法。結(jié)構(gòu)簡單，能耗低，工作距離很長，通過4個超聲波探頭隨著機器人的運動而轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了管道內(nèi)動態(tài)超聲波檢測，提高了檢測的效率，能夠滿足管道檢測的要求。
文檔編號F16L101/30GK2937755SQ200520144560
公開日2007年8月22日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者丁希倫, 張逍, 袁海文 申請人:北京航空航天大學