[发明专利]用于管道内孔质量检测的微型移动机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种用于管道内孔质量检测的微型移动机器人，属于自动化装备领域。包括同轴安装的旋转扫描模块、定心导向模块、驱动行走模块、测量控制模块。旋转扫描模块通过直径方向上对称安装的一对测距传感器检测内孔几何参数，通过中心上安装的视觉传感器检测内孔表面质量。定心导向模块通过均匀调节圆周方向上对称布置的三个导向轮的径向位置，同步消除机器人与内孔间的间隙。驱动行走模块在驱动机器人移动时，通过一测距传感器检测位置并进行定位控制。本发明还公开了上述微型移动机器人在管道内孔进行质量检测的控制方法。

技术领域

本发明涉及一种管道内孔检测装置，具体讲是一种用于管道内孔质量检测的微型移动机器人及其控制方法，属于自动化测量领域。

背景技术

管道作为运输气体、液体和带固体颗粒物的流体的装置，广泛应用于工业生产和社会生活的多个方面，如矿山行业的尾矿排放、矿浆输送，又如石油化工行业的原油运输、化工原料和废气废水的输送等。为了提高管道的使用寿命，防止泄露事故的发生，或防止堵塞问题的出现，使用过程中必须对管道进行定期的检测和维护，及时发现存在故障或隐患，并加以修复和排除。

目前大部分管道，采用人工方式进行检测和维修，其存在不安全、不方便、成本高等诸多缺点。因此，管道机器人作为一种管道检测和维修的高效装置，正开始逐步应用于各种类型的管道。根据管道机器人的作业功能，可分为管道检测机器人和管道维护机器人，前者主要进行管道故障定位和管道探伤作业，后者主要进行管道的清扫、补口、焊接等作业。两者的主要区别在于管道检测机器人不具有清扫、补口等作业装置，但配备了诸如摄像机、激光传感器等多种检测传感器。

2013年11月20日，中国发明专利申请ZL2013102876415，公开了一种用于管道内径测量的管道机器人。它包括支撑机构、驱动机构和激光测量机构。在支撑机构中，步进电机驱动滚珠丝杠上的螺母前后移动，带动与后支架座连接的三个推杆进行张合运动，从而控制三个后轮支架及后轮的开合角度。在驱动机构中，步进电机通过蜗杆驱动三个蜗轮，再通过与蜗轮连接的带轮驱动前轮支架上前轮的转动。前轮支架与后轮支架之间通过连杆进行连接，保证前轮支架随后轮支架一起进行张合运动。在测量机构中，步进电机带动传感器支座转动，从而间接带动传感器测头转动，进行管道内径的非接触测量。

该管道内径测量机器人可通过后轮支架的张合运动，可适用于内径变化范围较大的管道，但该机器人在管道检测方面还存在以下不足：(1)、由于滚珠丝杠机构、蜗轮蜗杆机构、前后轮支架机构的尺寸较大，仅能用于内孔直径较大的管道，无法用于大长径比(长度与直径之比大于10)的细直(直径小于100mm)管道；(2)、由于前后轮支架机构的定心精度较低，且滚珠丝杠机构和测头转动机构的同轴度难以保证，该管道机器人对管道内孔直径的检测精度较低，受定心误差和回转误差的影响较大；(3)、该管道机器人的结构仅能用于管道内孔直径检测，无法用于管道内孔圆度、圆柱度和表面质量的检测，功能单一，检测效率低，不具备大量测量数据的智能处理能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种可在大长径比(长度与直径之比大于10)的细直(直径小于100mm)管道内孔中自动定心并沿轴线方向自驱动行走，可高精度检测管道内孔的直径、圆度、圆柱度等几何参数和表面质量的微型移动机器人。

为了解决上述技术问题，本发明提供的用于管道内孔质量检测的微型移动机器人，包括依次同轴安装连接的旋转扫描模块、前定心导向模块、驱动行走模块、后定心导向模块和测量控制模块，所述各个模块具有相同的公共轴心线；