本發(fā)明涉及一種電廠鍋爐管道檢測機器人。

背景技術：
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鍋爐是煤電站中的最為重要的設備，其中鍋爐內(nèi)最為核心的組成部分就是管道，一旦有管道產(chǎn)生破裂或者變形，就會對電廠的生產(chǎn)帶來巨大的影響，因此電廠每隔一段時間就需要對鍋爐進行停機，隨后對管道表面進行檢查。目前大型電廠一般采用下列檢測方法：首先依靠人工在爐內(nèi)的管廊上搭建腳手架，隨后檢修人員在腳手架上通過眼看、手摸的方式對管道進行檢查；在某些大型鍋爐中，其最大檢測高度可達十幾米，因此目前這種依靠人工檢測的方式不僅效率低下，而且主觀依賴性強，存在相當程度的安全隱患。

目前針對鍋爐檢測的機器人有部分發(fā)明成果，但是主要是以磁吸附爬壁和由爐頂懸吊安裝的形式來使檢測機構對管道進行檢測，但這兩種方式均存在有較大的問題。首先，隨著我國新建鍋爐對管道安全的重視，爐內(nèi)的易損區(qū)域均已換做不銹鋼合金管道，該種管道的磁吸附能力幾乎為零，因此磁吸附爬壁形式的檢測機器人根本無法在此種鍋爐中進行工作；其次，由于在部分鍋爐的設計中爐頂無法進入工作人員或者空間極為有限，因此爐頂懸吊形式的檢測機器人在部分鍋爐內(nèi)就無法進行安裝。此外爐內(nèi)的部分管道檢測區(qū)域需要檢測位于十幾米高的管道情況，一般的在底面行走的機器人很難到達如此高的檢測高度。

中國專利201510086296.8公開了一種防爆型消防偵檢機器人，該種機器人采用履帶式行走和翻轉(zhuǎn)機構，能夠適應路面惡劣的環(huán)境，但其沒有車身的定位裝置，無法對較高處的目標完成檢測；中國專利號200710022762.1公開了一種水冷壁爬壁機器人，這種機器人采用磁吸附的形式在水冷壁上進行爬行，進而帶動檢測機構對水冷壁進行檢測，其在采用不銹鋼合金管道處無法工作，而且也有磁吸附不穩(wěn)脫落的危險；《上海電機學院學報》第11卷第一期中的文章“電廠鍋爐熱交換承壓管管外檢測機器人”提出了一種利用移動機器人和鏈條組合的懸吊式的檢測機器人，其機器人在鍋爐的爐頂上進行行走，通過卷輪帶動鏈條來帶動檢測機構的上升和下降，此種機器人存在以下問題，首先檢測機構由柔性的鏈條帶動，其在懸吊的過程中容易產(chǎn)生晃動；其次由于受爐頂結構的限制，此種機器人的行走部分只能在較小的一片區(qū)域內(nèi)進行行動；最后部分鍋爐的爐頂無法進入和安裝此種機器人。

綜上所述，目前急需一種能夠?qū)t內(nèi)相關區(qū)域的管道進行磨損和變形檢測且性能可靠、檢測范圍廣、應用廣泛的鍋爐檢測機器人。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述存在的問題提供一種運動靈活、檢測準確、性能可靠的電廠鍋爐管道檢測機器人，解決現(xiàn)有的磁吸附形式和懸吊式檢測機器人無法滿足相關鍋爐檢測要求的問題，可對鍋爐內(nèi)的相關管道區(qū)域進行磨損和變形檢測。

為解決上述存在的問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種電站鍋爐管道檢測機器人，包括可在鍋爐管道內(nèi)的管廊行走、且行走方向與鍋爐管道軸向垂直的履帶行走機構，所述履帶行走機構安裝有寬度小于管廊寬度的車身定位機構和升降機構，所述車身定位機構包括多組可伸出的伸縮臂組和安裝在伸縮臂組活動端上且可固定在鍋爐管道上的定位裝置，所述升降機構的活動端上安裝有對鍋爐管道進行檢測的檢測機構，所述升降機構帶動檢測機構沿鍋爐管道軸向上下運動。采用履帶行走機構保證本裝置能在管廊內(nèi)行走，由于管廊內(nèi)高度較高，防止升降機構上升的高度過高，造成裝置的傾覆，從而通過車身定位機構在升降機構動作時對行走機構進行固定，保證升降機構上升的平穩(wěn)，保證裝置的可靠性。

所述車身底座上對稱安裝有兩組伸縮臂組，所述伸縮臂組沿履帶行走機構行走方向朝車身底座外伸出，所述定位裝置包括定位手爪和升降驅(qū)動機構，所述定位手爪安裝在升降驅(qū)動機構的活動端上，使得升降驅(qū)動機構的活動端向下運動時定位手爪可抓取在鍋爐管道的外側(cè)，所述定位手爪上安裝有用于檢測定位手爪中心和鍋爐管道中心位置關系的距離傳感器，所述距離傳感器通過控制器與伸縮臂連接控制伸縮臂的伸縮。

所述定位手爪包括手爪，所述手爪通過電磁鐵機構實現(xiàn)抓取，所述電磁鐵機構包括可帶動拉桿上下移動的推拉式電磁鐵、第一電磁鐵和第二電磁鐵，所述推拉式電磁鐵與拉桿之間設置有回位裝置使得拉桿伸出后可復位，所述推拉式電磁鐵、第一電磁鐵和第二電磁鐵通過螺釘安裝在手爪蓋板上，所述手爪蓋板通過螺栓與手爪外殼相連接，所述手爪外殼固定在升降驅(qū)動機構的活動端上，所述推拉式電磁鐵的拉桿通過銷釘與滑動板相連接，所述滑動板上側(cè)面固定有鐵塊，所述鐵塊與手爪蓋板上安裝的第一電磁鐵和第二電磁鐵的位置相對應，所述滑動板的兩側(cè)分別對稱設有滑桿，所述滑桿安裝在手爪外殼的滑槽內(nèi)，所述滑槽沿上下方向布設，使滑動板可在手爪外殼內(nèi)滑動，所述距離傳感器通過安裝板安裝在手爪外殼的中間位置，用于檢測手爪中心和管道之間的距離，所述手爪由連桿機構組成，所述手爪的一端鉸接在手爪外殼上，另一端鉸接在滑動板上，所述推拉式電磁鐵通過拉桿帶動滑動板上下移動，從而帶動手爪實現(xiàn)抓緊鍋爐管道的動作，手爪抓緊管道后，所述第一電磁鐵和第二電磁鐵與鐵塊連接加大手爪的抓緊力。

所述車身底座上方安裝有車身底座，所述車身底座上方安裝有車身安裝平臺，每組伸縮臂組包括一對伸縮臂，四個伸縮臂包括滑動安裝在車身底座和車身安裝平臺之間的第一定位手爪伸縮桿、第二定位手爪伸縮桿、第三定位手爪伸縮桿和第四定位手爪伸縮桿，所述第一定位手爪伸縮桿、第二定位手爪伸縮桿、第三定位手爪伸縮桿和第四定位手爪伸縮桿分別通過第一定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠、第二定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠、第三定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠和第四定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠驅(qū)動，所述第一定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠和第二定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠分別通過第二扭矩限制器與第二渦輪連接，第三定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠和第四定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠分別通過第一扭矩限制器與第一渦輪連接，所述第一定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠和第二定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠的螺紋旋向相反，所述第三定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠和第四定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠的螺紋旋向相反，所述車身底座上安裝有手爪驅(qū)動渦桿和驅(qū)動手爪驅(qū)動渦桿旋轉(zhuǎn)的定位手爪伸縮驅(qū)動電機，所述手爪驅(qū)動渦桿與第一渦輪和第二渦輪嚙合。

所述升降機構安裝在車身安裝平臺上，所述升降機構包括模塊化的剪叉架升降平臺，所述升降機構通過平臺升降驅(qū)動絲杠作為傳動機構，通過升降驅(qū)動電機作為動力機構。

所述檢測裝置包括旋轉(zhuǎn)電機和安裝在旋轉(zhuǎn)電機上的攝像頭，所述旋轉(zhuǎn)電機通過檢測裝置滑塊安裝在檢測裝置驅(qū)動絲杠上，所述檢測裝置驅(qū)動絲杠通過固定塊安裝在升降機構的升降平臺上，所述檢測裝置驅(qū)動絲杠通過檢測裝置驅(qū)動電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。

綜上所述，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1.本發(fā)明采用四個可伸縮的定位手爪解決了機器人在管廊上工作時的車身定位問題，車身的定位手爪在不使用時收回在車身內(nèi)，其結構緊湊，定位可靠，使檢測機構可安全穩(wěn)固的完成上升動作。

2.本發(fā)明的升降機構采用組合式的剪叉架升降平臺，剪叉架升降平臺采用模塊化設計，可根據(jù)實際檢測高度選擇所使用剪叉架升降平臺的組數(shù)，使得最大檢測高度達25m左右，檢測平臺的工具可以根據(jù)其他的需要進行更換。

3.本發(fā)明配合升降機構及攝像頭驅(qū)動機構可以快速的對爐內(nèi)的管道進行檢測，而且支持本地存儲管道圖像，可供人工二次檢驗，其檢測速度相比人工進爐檢測的形式大大提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的機器人在爐內(nèi)管廊行走時的示意圖。

圖2為本發(fā)明實施的整體裝配圖。

圖3為本發(fā)明實施的手爪裝配圖。

圖4位本發(fā)明實施的主視圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

如圖1至4所示，行走機構中，第一行走電機34、第二行走電機41、第三行走電機33、第四行走電機40通過螺釘安裝在車身上，以上其中第一行走電機34和第一行走驅(qū)動輪23相連接，第二行走電機41和第二行走驅(qū)動輪31相連接，從動輪連接板35通過銷軸安裝在車身底座20上，從動輪連接板35一側(cè)與拉緊彈簧36相連接，另一側(cè)與從動輪37相連接，通過彈簧的拉緊力將從動輪37緊壓在履帶22上，驅(qū)動電機帶動驅(qū)動輪帶動整個車身的行走，車身安裝平臺15通過螺釘安裝在車身底座20上，在車身安裝平臺15和車身底座20上開設有能夠與第一定位手爪伸縮桿16、第二定位手爪伸縮桿42、第三定位手爪伸縮桿17、第四定位手爪伸縮桿43相配合的滑槽，定位手爪伸縮驅(qū)動電機38安裝在車身底座20的下方。

如圖2和圖3所示，車身定位機構中，手爪驅(qū)動渦桿26與安裝在車身底座20下方的定位手爪伸縮驅(qū)動電機38通過聯(lián)軸器相連接，手爪驅(qū)動渦桿26與第一渦輪25和第二渦輪30相配合，由蝸桿帶動兩個渦輪進行旋轉(zhuǎn)，第一渦輪30的兩端分別通過第二扭矩限制器32與第一定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠19和第二定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠29相連接，其中第一定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠19和第二定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠29的螺紋旋向相反，第一定位手爪伸縮桿16、第二定位手爪伸縮桿42分別通過螺紋孔與第一定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠19、第二定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠29相配合；相似地，第一渦輪25的兩端分別通過第一扭矩限制器24與第三定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠18和第四定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠28相連接，第三定位手爪伸縮桿17、第四定位手爪伸縮桿43與第三定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠18、第四定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠28采用上述相同的方式進行連接。第一定位手爪13、第二定位手爪50、第三定位手爪12、第四定位手爪49分別和第一定位手爪伸縮桿16、第二定位手爪伸縮桿42、第三定位手爪伸縮桿17、第四定位手爪伸縮桿43相連接。

如圖3所示，在車身定位手爪中，手爪升降驅(qū)動電機59安裝固定在手爪安裝板61上，手爪升降驅(qū)動電機59與升降驅(qū)動絲杠60相連接，升降驅(qū)動絲杠60通過螺紋孔與手爪絲杠固定塊62相配合，手爪外殼68通過螺釘固定在手爪安裝板61上，手爪安裝板61與固定滑軌75相配合。帶有拉桿的推拉式電磁鐵63、第一電磁鐵65、第二電磁鐵64通過螺釘安裝在手爪蓋板66上，其中推拉式電磁鐵63在不通電時具有彈簧復位功能，手爪蓋板66通過螺栓安裝與手爪外殼68相連接，推拉式電磁鐵63的拉桿67通過銷釘與滑動板71相連接，鐵塊69焊接在滑動板71上，其位置與手爪蓋板66上的第一電磁鐵65和第二電磁鐵64的位置相對應，滑動板71上有兩個滑桿，分別和手爪外殼前后的滑槽相配合，使滑動板71可在手爪外殼68內(nèi)滑動，距離傳感器74通過安裝板73安裝在手爪外殼68的中間位置，用于檢測手爪中心和管道之間的距離，由連桿機構組成的手爪70鉸接在手爪外殼68上。手爪升降驅(qū)動電機59用于驅(qū)動手爪整體在垂直方向上進行運動，推拉式電磁鐵63用于帶動滑動板67使機械手完成抓緊管道的動作，第一電磁鐵65和第二電磁鐵64用于加大手爪的抓緊力。

如圖2所示，在升降平臺中，升降驅(qū)動電機11通過與升降驅(qū)動電機安裝塊9相連接，升降驅(qū)動電機安裝塊9安裝在車身安裝平臺15上，平臺升降驅(qū)動絲杠48的一端和升降驅(qū)動電機11相連接，其另一端與升降驅(qū)動絲杠固定塊47相連接，升降驅(qū)動滑塊51與通過螺紋孔與平臺升降驅(qū)動絲杠48相連接并與升降導軌59配合，升降驅(qū)動滑塊51的一端與第一剪叉架滑塊46通過銷軸連接，第一剪叉架滑塊46安裝在第一剪叉架導軌44上，第一剪叉架導軌44、升降導軌59、第一剪叉架固定安裝塊14和第一剪叉架導軌44通過螺釘固定在車身安裝平臺15上；升降臺滑塊51的另一側(cè)，第二剪叉架固定安裝塊10、第二剪叉架滑塊52、第二剪叉架導軌46以相同的配合方式進行安裝和配合；剪叉架共包含有兩組相同的連桿機構，由于這兩組的連接方式完全一樣，因此以前端的一組為例進行說明，前端一組連桿的兩個安裝孔分別和第一剪叉架固定安裝塊14、第一剪叉架滑塊46相鉸接，其上端的兩個安裝孔分別和第一平臺固定安裝塊7、第一平臺滑塊53相鉸接，其中第一平臺固定安裝塊7、以及第一平臺導軌54通過螺釘與升降平臺6相連接；相似地，剪叉架8的另一組連桿以相同的形式連接。通過升降驅(qū)動電機11的轉(zhuǎn)動帶動升降臺滑塊51進行運動，進而帶動兩側(cè)的第一剪叉架滑塊46和第二剪叉架滑塊52運動，進而帶動剪叉架8的運動，進一步地帶動升降平臺的上下運動，整個剪叉架升降平臺可根據(jù)需要進行疊加，單層完全展開高度約為7～8m。

如圖2所示，在檢測機構及其運動控制裝置中，攝像頭1作為檢測機構與檢測機構滑塊2上的旋轉(zhuǎn)電機58相連接，選裝電機58通過螺釘固定在檢測機構滑塊2上；檢測機構驅(qū)動電機4通過螺釘固定在檢測機構驅(qū)動電機固定塊5上，檢測機構驅(qū)動電機4的軸與檢測機構驅(qū)動絲杠57相連接，檢測機構驅(qū)動絲杠57的一端與檢測機構驅(qū)動絲杠安裝塊3相連接，另一端與檢測檢測機構驅(qū)動絲杠固定塊56相連接，檢測機構滑塊2與檢測機構運動導軌55相配合，檢測機構驅(qū)動電機固定塊5、檢測機構運動導軌55、檢測機構驅(qū)動絲杠安裝塊3、檢測檢測機構驅(qū)動絲杠固定塊56通過螺釘固定在檢測平臺6上。檢測機構驅(qū)動電機4帶動絲杠運動，進而驅(qū)動攝像頭左右移動，旋轉(zhuǎn)電機58用于實現(xiàn)攝像頭1的旋轉(zhuǎn)運動。攝像頭1所拍攝的圖像通過控制器39中的通訊裝置實時傳輸，同時處理器基于圖像識別技術對管道的表面磨損以及變形進行自動檢測，同時在爐外的工作人員可通過經(jīng)驗進行判別。

如圖1所示，機器人在管廊中沿垂直于管廊軸線的方向進行行走，根據(jù)實際的工作情況可選擇自動檢測模式和人工操控模式，自動檢測模式下只需要將編制好的程序上傳到車身的控制器中，然后讓機器人按照預定的運動軌跡和檢測路徑進行檢測即可，當需要人工進行遠程操作時，可將機器人調(diào)整至手動模式，由遠程的工作人員采用操作手柄控制機器人車身和攝像頭的運動，并遠程對管道進行觀察和判斷。

下面結合圖2至圖4對機器人的詳細工作過程進行進一步的闡述。在該機器人的工作過程中，首先，機器人在第一行走電機34、第二行走電機41、第三行走電機33、第四行走電機40的驅(qū)動下帶動機器人行走至需要檢測的管道位置，然后手爪伸縮驅(qū)動電機38帶動手爪驅(qū)動渦桿26進行轉(zhuǎn)動，進而帶動第一渦輪25和第二渦輪30進行轉(zhuǎn)動，此時第一渦輪25和第二渦輪30帶動兩側(cè)相連接的定位手爪伸縮驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，進而使第一、二、三、四定位手爪伸縮桿16、42、17、43從車體中伸出，每個手爪的中心線位置上均安裝有距離傳感器74，該距離傳感器用于檢測手爪中心與機器人所行走的管道表面之間的距離，當手爪中心在管道的軸線正上方時，兩者之間的距離最短，當檢測到四個定位手爪同側(cè)的兩個手爪達到管道的正上方時，手爪伸縮驅(qū)動電機38停止運動，此時到達管道正上方的兩個手爪的開始升降運動。由于同側(cè)的兩個手爪的運動形式為相同的，此處假設第二手爪50到達了管道軸線的正上方，對其運動方式進行說明，右側(cè)手爪為第二手爪50，當距離傳感器檢測到50到達管道軸線的正上方后，手爪伸縮驅(qū)動電機38停止運動，隨后由手爪升降驅(qū)動電機59帶動降驅(qū)動絲杠60進行轉(zhuǎn)動，進而帶動手爪整體向下運動，當距離傳感器74檢測到手爪向下運動到管道的抓取位置時，手爪升降驅(qū)動電機59停止運動，首先給推拉式電磁鐵63通電使推拉式電磁鐵63的推桿帶動滑動板71進行運動，進而使手爪拉緊抓住管道，隨后給第一電磁鐵65和第二電磁鐵64通電進而使電磁鐵牢固吸住滑動板71上的鐵塊69，使手爪能夠牢固的抓緊管道。此側(cè)的手爪完成定位后需要對另外兩個手爪進行抓取定位，此時手爪伸縮驅(qū)動電機38繼續(xù)帶動手爪驅(qū)動渦桿26進行轉(zhuǎn)動，蝸桿26帶動第一渦輪25和第二渦輪30轉(zhuǎn)動，由于在渦輪和各個手爪伸縮驅(qū)動絲杠之間安裝有扭矩限制器，在已經(jīng)完成定位的一側(cè)的手爪伸縮驅(qū)動絲杠會和渦輪之間產(chǎn)生較大的扭矩，進而使定位側(cè)的手爪伸縮驅(qū)動絲杠和渦輪脫開，此時渦輪僅帶動還未完成定位抓取一側(cè)的兩個手爪進行運動，與上述首先完成定位的手爪的情況類似，當距離傳感器74檢測到未定位手爪中心到達管道軸線的正上方時，手爪向下運動到達抓取位置，然后完成對管道的抓取，使車身穩(wěn)固的固定在管廊上。

在完成車身定位之后，升降驅(qū)動電機11帶動平臺升降驅(qū)動絲杠48轉(zhuǎn)動，進而帶動升降驅(qū)動滑塊51運動，使剪叉架8帶動升降平臺6上下運動，在到達需要的檢測高度后，檢測機構驅(qū)動電機4帶動檢測機構滑塊2和攝像頭1進行運動，進而獲取相關管道的檢測圖像，旋轉(zhuǎn)電機58可對攝像頭的角度進行調(diào)整。

在獲取到鍋爐的管道圖像之后有兩種方式可以對管道的故障進行識別，第一種是通過計算機自動進行故障識別的方法，即在獲取圖像后通過計算機內(nèi)的相關程序算法來自動識別出管道的相關故障，隨后進行記錄和報警。另外一種是由人工進行實時監(jiān)控的方法，由人工在爐外對機器人的運動進行控制，并實時監(jiān)控爐內(nèi)的管道圖像，對其進行故障判別。