專利名稱：輪式x射線探傷機器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無損檢測技術(shù)，具體說涉及一種X射線探傷用輪式機器人。
背景技術(shù)：
管道焊縫質(zhì)量檢查傳統(tǒng)方法為焊口定位方式，所使用的儀器采用Y源定位系統(tǒng)， 其定位方式是手提將Y源放在管道預(yù)檢測焊縫適當(dāng)位置，并打開Y源窗口，其Y射線輻 射，人員立即離開現(xiàn)場，當(dāng)接收到Y(jié)射線后，立即報警。操作者立即前去關(guān)閉Y源窗口，快 速手提Y源到下一個待檢測焊縫，并放置在適當(dāng)?shù)奈恢茫蜷_窗口，反復(fù)順序操作，直到工 作結(jié)束。如果操作者動作失誤或防護不當(dāng)，將受到曝光的X射線或Y射線的輻射，這兩種 射線對人體都有極大的傷害。運行過程中存在以下弊端不符合環(huán)保要求；定位不準(zhǔn)確，存在5% 10%廢片 率；國家已明文規(guī)定不能在無防護前提下隨意使用同位素源；傳統(tǒng)設(shè)備使用直流接觸器控 制驅(qū)動電機來實現(xiàn)的行走和停車，驅(qū)動電流大，浪費能源；而且接觸器觸點打火花，經(jīng)常損 壞，故障率高，自動化程度很低；停車時慣性大，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確。傳統(tǒng)方法在管道里的狀態(tài) 只能靠喇叭的鳴叫聲來識別。一旦出現(xiàn)故障或喇叭損壞，整臺設(shè)備與外界無任何聯(lián)系，只能 順其自然。一旦有故障后，操作者無可奈何。因無航向、角度監(jiān)測，紅外攝像頭對內(nèi)部狀態(tài) 無法了解，且即使拍片后發(fā)現(xiàn)有缺陷因無標(biāo)記也為后續(xù)工作帶來麻煩。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，一些對人有危害的工作可選用適宜的機器人安裝檢測裝 置就能實現(xiàn)無害化作業(yè)。目前尚未見到有適合管道焊縫探傷的機器人裝置，而通常的輪式 機器人都是三輪或四輪移動機器人，前輪為隨動輪只起支撐作用，后輪為主動輪驅(qū)車運動， 這種結(jié)構(gòu)雖然簡單，但運行盲目性大，特別是由于運動中的滑動及地面的起伏等原因，累積 誤差非常大，無法進行長時間的定位，難于準(zhǔn)確定位焊縫缺陷。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有Y源定位無損檢測裝置存在的缺陷，本實用新型提供一種操作方便、定 位準(zhǔn)確、不使用同位素源的X射線機器人裝置。解決上述技術(shù)問題所采取的具體技術(shù)措施是—種輪式X射線探傷機器人裝置，包括X射線探傷裝置、遠(yuǎn)程無線傳輸裝置、計算 機控制裝置、差分GPS衛(wèi)星定位裝置、燃料電池(或鉛酸電池組)，其特征是在機器人本體 處的升降機構(gòu)(22)與懸掛支架(5)中端相連接，升降機構(gòu)(22)上裝有懸掛支架(5)調(diào)整 電機(12)，在懸掛支架(5)的前端兩側(cè)裝有伺服電機(19)，伺服電機(19)軸上裝有跑輪 (21)，在懸掛支架(5)中端兩側(cè)及后端兩側(cè)裝有與前端相同的伺服電機(19)和跑輪(21)， 在機器人本體上自前端至后端按序裝有伺服電機驅(qū)動器(2)，伺服電機驅(qū)動器(2)信號輸 出聯(lián)接伺服電機(19)信號輸入端，2個前端跑輪和2個中端跑輪伺服電機的內(nèi)側(cè)裝有轉(zhuǎn)向 發(fā)動機(28)，轉(zhuǎn)向發(fā)動機由控制站直接發(fā)出轉(zhuǎn)向控制指令經(jīng)PLC控制轉(zhuǎn)向發(fā)動機的動作， 在伺服電機驅(qū)動器(2)上方裝有電子羅盤(18)、PLC控制器(20)、無線數(shù)據(jù)傳輸器(10)、溫度變送器(23)、壓力變送器(24)、陀螺儀(25)、濕度變送器(26)及電量檢測變送器(27)， 各檢測、控制儀器的信號輸出輸入線纜聯(lián)接主控計算機(13)，在陀螺儀(25)右側(cè)裝有燃料 電池(3)，在燃料電池(3)右側(cè)裝有升降桿(4)，在升降桿(4)頂端裝有兩個前視紅外攝像 頭(1)，兩個前視紅外攝像頭(1)相背安裝，在升降桿(4)頂端裝有GPS接收天線(17)，在 升降桿(4)右側(cè)裝有主控計算機(13)、液晶顯示器(14)、無線圖像接收器(15)、無線數(shù)據(jù)傳 輸器(16)，在控制系統(tǒng)裝置右側(cè)裝有X射線發(fā)生器(6)，X射線發(fā)生器(6)的控制器采用直 流電壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器由管電壓調(diào)節(jié)旋鈕與逆變器相連接，在X射線發(fā)生器(6)右側(cè)裝有活 動手臂(8)，在活動手臂(8)末端裝有微距攝像頭及打標(biāo)器(9)，在活動手臂(8)右側(cè)裝有 兩個后視紅外攝像頭(7)，兩個后視紅外攝像頭(7)相背安裝。本實用新型的有益效果1、機器人的本體運行控制及工作狀態(tài)用控制器采集現(xiàn)場各種信號，解釋后通過程 序流程控制，需人為參與時，采用數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺傳輸現(xiàn)場信號給上位控制計算機的操作員 站做控制或通過上位控制計算機將已建立萬維網(wǎng)和WAP網(wǎng)連接的工程師站做控制，視頻采 用遠(yuǎn)距離視頻傳輸設(shè)備將紅外攝像頭圖像信號傳給上位機，五路視頻信號經(jīng)畫面分割器在 顯示器上顯示，直觀顯示，操作方便。2、電機的驅(qū)動采用閉環(huán)控制精度高，定位準(zhǔn)確。3、不使用同位素源，符合環(huán)保要求。4、增加懸掛系統(tǒng)，使在管道和巖石上不跑偏，不側(cè)翻。5、機器人自身裝有“健康”的溫度、濕度、壓力、電量、遇水探頭等傳感器，使機器人 根據(jù)外界條件自動調(diào)整工作狀態(tài)，增加使用壽命，降低故障的發(fā)生。6、新能源的應(yīng)用使供電沒有噪聲，在反應(yīng)生成物水中無有害成分，周轉(zhuǎn)時間短，只 需重新加入燃料，使用壽命長，并可在任何電壓下饋電而不影響電池壽命。7、在管道的焊縫檢測中，其操作者可以有效地避免射線對人體的輻射，在運行過 程中，焊縫位置可以準(zhǔn)確顯示出來，保證準(zhǔn)確的定位精度，因操作者在管道的一端無線遙控 操作，無需在管線隨爬行器的運行而往復(fù)行走，從而減少操作者的勞動強度，因X射線發(fā)生 器管電壓可以調(diào)節(jié)并達(dá)到額定電壓，其檢測厚度增加，并減少曝光時間和檢測時間。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是本實用新型的電氣原理示意框圖；圖5是直流探傷機控制器原理圖；圖6是操作程序流程圖。圖中1、前視紅外攝像頭；2、伺服電機驅(qū)動器；3、燃料電池；4、升降桿；5、懸掛系 統(tǒng)；6、X射線發(fā)生器；7、后視紅外攝像頭；8、機器手臂；9、微距攝像頭及打標(biāo)器；10、無線數(shù) 據(jù)傳輸器A ;11、無線圖像傳送器；12、懸掛系統(tǒng)調(diào)整電機；13、主控計算機；14、液晶顯示器； 15、無線圖像接收器；16、無線數(shù)據(jù)傳輸器B ;17、GPS接收天線及模塊；18、電子羅盤；19、伺 服電機；20、PLC ；21、跑輪；22、升降機構(gòu)；23、溫度變送器；24、壓力變送器；25、陀螺儀；26、濕度變送器；27、電量檢測變送器；28、轉(zhuǎn)向發(fā)動機。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理。一種輪式X射線探傷機器人裝置，如圖1、圖2、圖3所示，在機器人本體處的升降 機構(gòu)22與懸掛支架5中端相連接，升降機構(gòu)22上裝有懸掛支架5調(diào)整電機12，在懸掛支架 5的前端兩側(cè)裝有伺服電機19，伺服電機19軸上裝有跑輪21，在懸掛支架5中端兩側(cè)及后 端兩側(cè)裝有與前端相同的伺服電機19和跑輪21。由于機器人跑輪半徑及機器人結(jié)構(gòu)尺寸 的誤差、運動中的滑動及地面的起伏等原因，累積誤差非常大，無法進行長時間的定位，所 以采用六輪驅(qū)動方式，每個輪子有自己獨立的伺服電機。本裝置的2個前端跑輪和2個中 端跑輪伺服電機的內(nèi)側(cè)還有獨立的轉(zhuǎn)向發(fā)動機28。轉(zhuǎn)向發(fā)動機能控制轉(zhuǎn)360度內(nèi)任何角 度。這四個轉(zhuǎn)向跑輪還可以使機器人突然轉(zhuǎn)向和彎曲(成弓形轉(zhuǎn)向)。跑輪的懸掛系統(tǒng)類 似“搖桿-轉(zhuǎn)向架”系統(tǒng)，其作用是將跑輪和機器人本體有機地連接起來。在舊式鐵路系統(tǒng) 中，“轉(zhuǎn)向架”是一個火車車盤有6個能沿曲線軌跡旋轉(zhuǎn)運動的輪子，將這個結(jié)構(gòu)引入到機器 人車輪懸掛系統(tǒng)中。而“搖桿”可以保證機器人機體的平衡，能夠在多個輪子之間變化的位 移內(nèi)來回擺動。懸掛系統(tǒng)最重要的作用就是適應(yīng)機器人在圓柱形管道和地面多巖石地形上 運動時的突然變化。如果機器人的一邊輪子經(jīng)過管道內(nèi)突起物或地面上巖石時，機器人的 一邊會高起來，機器人的懸掛系統(tǒng)搖桿會將另一邊向下轉(zhuǎn)甚至超出6輪的中心位置，以保 持機體平衡。這種設(shè)計可以使機器人在任何方向傾斜45度而不會翻倒。但是，機器人內(nèi)部 的程序檢測到傾斜超過30度的時候就啟動“錯誤保護限位”。在機器人本體上自前端至后端按序裝有伺服電機驅(qū)動器2，伺服電機驅(qū)動器2連 接伺服電機19，在伺服電機驅(qū)動器2上方裝有電子羅盤18、PLC控制器20、無線數(shù)據(jù)傳輸器 10、溫度變送器23、壓力變送器24、陀螺儀25、濕度變送器26、電量檢測變送器27，各檢測、 控制儀器的信號輸出輸入線纜聯(lián)接主控計算機13，機器人傳感器部分采用陀螺儀、加速度 計、紅外攝相機、遇水探頭、霍爾傳感器，監(jiān)測機器人自身“健康”的溫度、濕度、壓力、電量的 傳感器和變送器，GPS衛(wèi)星接收模塊和天線與電子羅盤和編碼器、陀螺儀組成的多傳感器系 統(tǒng)作為機器人的定位傳感器，利用聯(lián)合卡爾曼濾波器融合多傳感器信息，對露天機器人進 行定位，實現(xiàn)較高的定位精度。由于在室內(nèi)GPS無法正常工作，采用伺服電機閉環(huán)系統(tǒng)與陀 螺儀作為第二定位傳感器推算機器人的速度、角度和位置等信息，用于室內(nèi)定位。在導(dǎo)航系 統(tǒng)中，機器人位置的確定可以通過計算法定位系統(tǒng)(利用GPS衛(wèi)星接收模塊和天線與電子 羅盤和編碼器、陀螺儀組成的多傳感器系統(tǒng)作為機器人的定位、方向等記錄數(shù)據(jù)進行計算) 或用伺服電機和編碼器構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)與陀螺儀，推算機器人的速度、角度和位置等信息， 并對計算法的值進行修正，否則無法利用計算法所得的結(jié)果，各種電氣裝置相互聯(lián)接關(guān)系 如圖4所示。在陀螺儀右側(cè)裝有燃料電池3，燃料電池結(jié)構(gòu)上沒有機械運動部件，供電沒有噪 聲，在反應(yīng)生成物水中無有害成分；周轉(zhuǎn)時間短，只需重新加入燃料；使用壽命長，并可在 任何電壓下饋電而不影響電池壽命；又因其高功率密度、低作業(yè)溫度、高效率等特點作為首 選。在燃料電池3右側(cè)裝有升降桿4，在升降桿4頂端裝有兩個前視紅外攝像頭1，兩個前視紅外攝像頭1相背安裝，在升降桿4頂端裝有GPS接收天線17，在升降桿4下部右側(cè) 裝有主控計算機13、液晶顯示器14、無線圖像接收器15、無線數(shù)據(jù)傳輸器16?？刂撇糠植?用上位主控計算機，下位控制器這兩者之間采用無線遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸接收設(shè)備完成數(shù)據(jù)交 換，當(dāng)主控計算機接在互聯(lián)網(wǎng)，還可以通過遠(yuǎn)程計算機和手機登錄相應(yīng)的萬維網(wǎng)或WAP網(wǎng) 址對已建立鏈接的機器人的工作參數(shù)查詢和設(shè)置。無線遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸鏈路的建立選用性 能指標(biāo)較優(yōu)的數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺，采用數(shù)字信號處理、糾錯編碼、軟件無線電、數(shù)字調(diào)制解調(diào)和 表面貼片一體化技術(shù)，具有高性能、高可靠的特點。電臺提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232數(shù)據(jù)接口，可直 接與計算機、數(shù)據(jù)采集器、RTU、PLC、數(shù)據(jù)終端、GPS接收機、紅外攝像機等連接，傳輸速率從 9600 19200bps，誤碼率低于10_6，發(fā)射功率由軟件調(diào)節(jié)，任何型號的電臺可設(shè)置為主站或 遠(yuǎn)程站使用，無中轉(zhuǎn)通信距離達(dá)50km，能適應(yīng)室內(nèi)或室外的惡劣工作環(huán)境。電臺數(shù)據(jù)和語音 兼容，可工作于單工、半雙工、時分雙工TDD、全雙工方式，收發(fā)同頻或異頻中轉(zhuǎn)組網(wǎng)，并具有 遠(yuǎn)程診斷、測試、監(jiān)控功能，滿足各種應(yīng)用的遠(yuǎn)距離、高速度、高可靠的數(shù)據(jù)采集和控制。在控制系統(tǒng)裝置右側(cè)裝有X射線發(fā)生器6，X射線發(fā)生器6的控制器如圖5所示， 采用直流電壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器由管電壓調(diào)節(jié)旋鈕與逆變器相連接，從而使X射線發(fā)生器的 管電壓可以調(diào)節(jié)。在X射線發(fā)生器6右側(cè)裝有活動手臂8，在活動手臂8末端裝有微距攝像 頭及打標(biāo)器9，在活動手臂8右側(cè)裝有兩個后視紅外攝像頭7，兩個后視紅外攝像頭7相背 安裝。在機器人本體上裝有4個紅外攝像頭，并通過視頻傳輸設(shè)備遠(yuǎn)距離將實時圖像傳 送給操作者。當(dāng)機器人開始運行時，攝像頭隨時監(jiān)視管道內(nèi)的情況，并將信息傳遞給裝在驅(qū) 動部分內(nèi)的無線圖像傳送器，其信號發(fā)射并傳送給控制器的無線圖像接收器，并在液晶顯 示器上顯示機器人在管道內(nèi)或室外的實際運行情況。當(dāng)?shù)竭_(dá)管道焊縫檢測點時，立即停車 并開始曝光。4個工程避障紅外攝像機，保證在管道內(nèi)和夜間可視，兩個一組分別安裝在機 器人的前部和后部。這些攝像機用來建立出前方大約3米內(nèi)的地形的三維圖像，所建立的 三維圖像可以防止機器人迷路或者撞到不明物體。每個攝像機大概120度的視角。攝像機 的夾角和高度是模擬人的雙眼的，所以圖像會和親眼見到一樣。前方兩個攝像機安置在位 于機器人升降桿頂端，全景攝像升降桿裝置允許它完成旋轉(zhuǎn)360度以獲全景。機器人的手 臂，有3個關(guān)節(jié)肩、肘和腕，由伺服電機構(gòu)成能夠操作微型攝像機延伸、彎曲和轉(zhuǎn)動一定角 度，手臂末端是一個轉(zhuǎn)動架，形狀像一個十字形。轉(zhuǎn)動架類似人手的結(jié)構(gòu)，可以操作微距攝 像機用來提供管道內(nèi)和其它近距離圖像，并能將發(fā)現(xiàn)的缺陷做好標(biāo)記。在傳感器檢測同一 環(huán)境或同一物體的同一性質(zhì)時，傳感器提供的數(shù)據(jù)可能是一致的，也可能是矛盾的。若有矛 盾，就需要系統(tǒng)裁決。裁決的方法有多種，如加權(quán)平均法、決策法等。操作程序如圖6所示數(shù)據(jù)控制鏈路開始啟動，程序進入“系統(tǒng)初始化”程序，開始 “讀外部輸入”，將各變送器傳感器數(shù)據(jù)讀入，此后程序進入“有無故障”判斷程序，如果有故 障則“顯示故障類型”，進而進入“相應(yīng)故障處理程序”，故障排除或在“有無故障”程序中判 斷無故障，程序進入“機器人本體發(fā)送數(shù)據(jù)”程序?qū)⒏鞣N輸入信號發(fā)送至控制站，在“控制 站接收數(shù)據(jù)并顯示”數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)控制鏈路啟動的同時視頻采集鏈路啟動，程序進入“系統(tǒng)初 始化”程序，進而“將機器人本體圖像實時發(fā)送”，“控制站接收圖像”并“顯示實時環(huán)境”，實 時環(huán)境信息與控制站接收的數(shù)據(jù)同時輸入“根據(jù)狀態(tài)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)”程序，設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù) 發(fā)送至控制站，控制站在“控制站發(fā)送運行數(shù)據(jù)”中按程序處理后輸出并通過無線數(shù)據(jù)傳輸
6器發(fā)送至計算機上顯示機器人狀態(tài)，“機器人本體接收數(shù)據(jù)并響應(yīng)”，程序進入“運行至檢測 點”，視頻采集鏈路返回，數(shù)據(jù)控制鏈路繼續(xù)，“觸發(fā)X射線發(fā)生器”，“拍片完成一個檢測點的
工作”，“結(jié)束一個工作流程”。
權(quán)利要求一種輪式X射線探傷機器人裝置，包括X射線探傷裝置、遠(yuǎn)程無線傳輸裝置、計算機控制裝置、差分GPS衛(wèi)星定位裝置、燃料電池或鉛酸電池組，其特征是在機器人本體處的升降機構(gòu)(22)與懸掛支架(5)中端相連接，升降機構(gòu)(22)上裝有懸掛支架(5)調(diào)整電機(12)，在懸掛支架(5)的前端兩側(cè)裝有伺服電機(19)，伺服電機(19)軸上裝有跑輪(21)，在懸掛支架(5)中端兩側(cè)及后端兩側(cè)裝有與前端相同的伺服電機(19)和跑輪(21)，在機器人本體上自前端至后端按序裝有伺服電機驅(qū)動器(2)，伺服電機驅(qū)動器(2)信號輸出聯(lián)接伺服電機(19)信號輸入端，2個前端跑輪和2個中端跑輪伺服電機的內(nèi)側(cè)裝有轉(zhuǎn)向發(fā)動機(28)，轉(zhuǎn)向發(fā)動機由控制站直接發(fā)出轉(zhuǎn)向控制指令經(jīng)PLC控制轉(zhuǎn)向發(fā)動機的動作，在伺服電機驅(qū)動器(2)上方裝有電子羅盤(18)、PLC控制器(20)、無線數(shù)據(jù)傳輸器(10)、溫度變送器(23)、壓力變送器(24)、陀螺儀(25)、濕度變送器(26)及電量檢測變送器(27)，各檢測、控制儀器的信號輸出輸入線纜聯(lián)接主控計算機(13)，在陀螺儀(25)右側(cè)裝有燃料電池(3)，在燃料電池(3)右側(cè)裝有升降桿(4)，在升降桿(4)頂端裝有兩個前視紅外攝像頭(1)，兩個前視紅外攝像頭(1)相背安裝，在升降桿(4)頂端裝有GPS接收天線(17)，在升降桿(4)右側(cè)裝有主控計算機(13)、液晶顯示器(14)、無線圖像接收器(15)、無線數(shù)據(jù)傳輸器(16)，在控制系統(tǒng)裝置右側(cè)裝有X射線發(fā)生器(6)，X射線發(fā)生器(6)的控制器采用直流電壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器由管電壓調(diào)節(jié)旋鈕與逆變器相連接，在X射線發(fā)生器(6)右側(cè)裝有活動手臂(8)，在活動手臂(8)末端裝有微距攝像頭及打標(biāo)器(9)，在活動手臂(8)右側(cè)裝有兩個后視紅外攝像頭(7)，兩個后視紅外攝像頭(7)相背安裝。
專利摘要一種輪式X射線探傷機器人裝置，是由X射線探傷裝置、遠(yuǎn)程無線傳輸裝置、計算機控制裝置、差分GPS衛(wèi)星定位裝置、燃料電池(或鉛酸電池組)及機器人主體組成，在機器人主體上裝有4個紅外攝像頭，并通過視頻傳輸設(shè)備遠(yuǎn)距離將實時圖像傳送給操作者，X射線發(fā)生器的控制器采用直流電壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器由管電壓調(diào)節(jié)旋鈕與逆變器相連接，從而使X射線發(fā)生器的管電壓可以調(diào)節(jié)。機器人的本體運行控制及工作狀態(tài)為采用數(shù)字?jǐn)?shù)傳電臺傳輸現(xiàn)場信號給上位控制計算機，視頻信號在顯示器上顯示，直觀顯示，操作方便。不使用同位素源，符合環(huán)保要求。懸掛系統(tǒng)使在管道和巖石上不跑偏，不側(cè)翻。
文檔編號G01N23/18GK201673130SQ20102017083
公開日2010年12月15日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者孫明光, 田冰 申請人:丹東奧龍射線儀器有限公司