船舶油舱用焊缝检测机器人及检测方法与流程

1.本发明公开涉及船舶油舱焊缝检测的技术领域，尤其涉及一种船舶油舱用焊缝检测机器人及检测方法。


背景技术：

2.目前，船舶正在逐渐向大型化方向发展，因此对燃料的需求也日益增多，根据近十多年来的数据显示，世界平均每艘商货船的载重量年均增长率接近2％，这就意味着燃油消耗量也随之增加。随着船舶的大型化，对船体整体和局部的强度都提出了更高的要求，高强度钢材、高分子材料钢材的大量采用，以及稀有气体保护焊的广泛使用，都给船体结构设计和维护管理带来了新的挑战。
3.根据大型船舶的整体结构来看，船体内壳板受到船体总纵弯曲、货物装载、压载舱压水和排水等反复内部作用影响下，以及海水和周围环境的外部影响作用下，容易出现裂纹、撕裂等疲劳破坏，甚至影响船舶、货物和船员的安全。
4.由于大型船舶需要走的路途较远，所以需要存储的燃油量也是巨大的，对于船舶的整体架构来说，不仅会受到外部压力的作用，产生疲劳破坏，而且还会受到油舱内部复杂的情况影响，由于燃油的长时间存放状态，油舱内壁会因燃油内的杂质而产生化学反应，会使得油舱内壁发生裂纹，从而导致油舱危险系数增加，因此对油舱内壁的检测越来越重要，越来越严格。目前油舱的检测方法主要是用渗透实验、气密性实验以及射线探伤。其中，渗透试验是设备焊缝用煤油渗透法检查，设备焊缝外涂白垩粉浆，晾干后内刷煤油，经过半小时后检查，无煤油渗漏斑点为合格。这种方法存在以下不足：需要白垩粉浆和煤油，在检查大型油舱时，不方便喷涂，而且还需要等待半小时，检查斑点是否存在也比较麻烦，需要耗费大量的人力、物力、时间，工作效率不高；气密性实验是对设备进行气密性实验，使压力提升到规定压力，保压10分钟，然后降至设计压力，对焊缝和连接部位进行外刷肥皂水，检查不吹泡为合格。这种方法需要额外的压力机进行升压降压，外刷肥皂水进行检验，而且也需要检查肥皂泡来判断。购买和使用压力机需要额外的人力财力，检查过程繁琐。
5.相比较而言，射线探伤相对简单，仅需要射线探伤的检测设备，但目前的射线探伤均是采用人工的方式，即工作人员通过攀爬高脚架到较高的位置用检测设备来对储油舱的内壁进行检测，这样的高空作业会使作业人员的安全没法得到很好的保障，同时其他参数的测定也没有得到即时的保障，容易引发安全事故。
6.针对上述问题，如何研发一种检测机器人，用以替代上述的人工检测，解决检查繁琐，耗费时间长以及工作量大的问题，成为人们亟待解决的问题。


技术实现要素：

7.鉴于此，本发明提供了一种船舶油舱用焊缝检测机器人及检测方法，以提供一种可替代人工检测的机器人。
8.一方面，本发明公开了一种船舶油舱用焊缝检测机器人，该检测机器人包括：运动
底盘、基架、油渍清刷装置、检测装置以及控制器；
9.所述运动底盘包括：底板、电线固定板、两个爬行轮组、两个驱动装置、两个辅助轮以及永磁铁；
10.所述底板为菱形板；
11.所述电线固定板固定安装在所述底板的上方，且沿着所述底板的一对角线设置，所述电线固定板的两端均相对所述底板向下弯折；
12.两个所述爬行轮组以所述电线固定板为轴，对称设置在所述底板的两对角位置；
13.所述驱动装置与所述爬行轮组一一对应，每个所述驱动装置均与对应的爬行轮组驱动连接；
14.两个所述辅助轮分别安装在所述电线固定板的向下弯折处；
15.所述永磁铁位于两个所述爬行轮组之间，且与所述底板的底面固定连接；
16.所述基架位于所述运动底盘的上方，与所述运动底盘中的底板固定连接；
17.所述油渍清刷装置位于所述基架的前端下方，所述油渍清刷装置包括：基板、第一电机、清洗刷以及两个第一施压弹簧；
18.所述第一电机与所述基板固定连接；
19.所述清洗刷位于所述基板的下方，且所述清洗刷的一端与所述基板中向下延伸的支架转动连接，所述清洗刷的另一端与所述第一电机的动力输出轴驱动连接，在所述第一电机的驱动下所述清洗刷进行转动；
20.两个所述第一施压弹簧间隔设置在所述基板的上方，每个所述第一施压弹簧均下端与所述基板的顶面固定连接，上端与所述基架固定连接；
21.所述检测装置位于所述基架的后端下方，所述检测装置包括：横梁、两个超声波检测装置、两个磁吸轮以及两个第二施压弹簧；
22.两个所述超声波检测装置均位于所述横梁的下方，且沿着所述横梁的长度方向间隔设置，每个所述超声波检测装置均与所述横梁固定连接；
23.两个所述磁吸轮分别设置在所述横梁的两端；
24.两个所述第二施压弹簧间隔设置在所述横梁的上方，且每个所述第二施压弹簧均下端与所述横梁的顶面固定连接，上端与所述基架固定连接；
25.所述控制器的输出端分别与两个所述驱动装置的控制端、所述第一电机的控制端以及两个所述超声波检测装置的控制端连接。
26.优选，所述船舶油舱用焊缝检测机器人，还包括：两个提升装置；
27.每个所述提升装置均包括：提升电机、限位轴承座以及提升拉绳；
28.所述提升电机与所述限位轴承座间隔设置，且所述提升电机的动力输出轴端部转动嵌套在所述限位轴承座内；
29.所述提升拉绳具有固定端和自由端，所述提升拉绳的固定端与所述提升电机的动力输出轴固定连接；
30.其中，
31.一个所述提升装置位于所述基架的前端，与所述油渍清刷装置相对应，所述提升装置中的提升电机以及限位轴承座均与所述基架固定连接，所述提升装置中提升拉绳的自由端与所述油渍清刷装置中的基板固定连接，且所述提升拉绳与所述基板的连接点位于两
个所述第一施压弹簧之间；
32.另一个所述提升装置位于所述基架的后端与所述检测装置相对应，所述提升装置中的提升电机以及限位轴承座均与所述基架固定连接，所述提升装置中提升拉绳的自由端与所述检测装置中的横梁固定连接，且所述提升拉绳与所述横梁的连接点位于两个所述第二施压弹簧之间；
33.两个所述提升装置中提升电机的控制端均与所述控制器的输出端连接。
34.进一步优选，所述运动底盘中每个所述爬行轮组均包括：主轴承座、辅轴承座、驱动轴以及驱动轮；
35.所述主轴承座和辅轴承座间隔平行固定安装在所述底板的下表面；
36.所述驱动轴的一端嵌套在所述主轴承座和所述辅轴承座内；
37.所述驱动轮的轮轴与所述驱动轴的另一端连接，所述驱动轮在所述驱动轴的驱动下进行转动。
38.进一步优选，所述运动底盘中每个所述驱动装置均包括：电机、第一驱动齿轮、第二驱动齿轮以及链条；
39.所述电机与所述底板的上表面固定连接；
40.所述第一驱动齿轮固定套装在所述电机的动力输出轴外部；
41.所述第二驱动齿轮固定套装在对应爬行轮组中驱动轴的外部；
42.所述链条传动套装在所述第一驱动齿轮和所述第二驱动齿轮的外部。
43.进一步优选，每个所述驱动装置中的电机均为l型电机。
44.进一步优选，所述油渍清刷装置还包括：挡油板；
45.所述挡油板为弧形板，罩在所述清洗刷的上方，且所述挡油板的顶端与所述基板的底面固定连接。
46.进一步优选，每个所述超声波检测装置均包括：l型支架以及超声传感器；
47.所述l型支架的上端与所述横梁固定连接；
48.所述超声传感器与所述l型支架的下端固定连接。
49.另一方面，本发明还提供了一种船舶油舱焊缝的检测方法，该方法采用上述的焊缝检测机器人进行检测，具体的检测过程如下：
50.通过永磁铁将所述焊缝检测机器人吸附在待检测船舶油舱的内壁表面，并控制所述焊缝检测机器人行驶至待检测区域后，分别控制两个提升装置将提升拉绳下放，直至所述油渍清刷装置以及检测装置到达工作位置；
51.启动所述油渍清刷装置以及检测装置工作的同时，控制运动底盘按照设定的路线进行行驶，由油渍清刷装置完成油舱内壁的清洗后，再由检测装置进行焊缝的检测，当需要转弯时，通过控制器控制所述油渍清刷装置对应的提升装置中的提升拉绳上升，使得所述油渍清刷装置中的清洗刷与船舶油舱内壁分离，待转弯完毕后，再次下放油渍清刷装置至工作位置，当检测结束后，通过控制器控制两个提升装置中的提升拉绳均进行上升后，控制运动底盘沿着路线行驶至停止位。
52.本发明提供的船舶油舱用焊缝检测机器人，通过基架将运动底盘、油渍清刷装置以及检测装置三个功能部分组装到一起，由前到后，依次为油渍清刷装置、运动底盘以及检测装置，其中，油渍清刷装置用于为油舱内壁进行清洗油渍，为检测做好准备；运动底盘作
为动力系统，为机器人提供动力，控制机器人前进、后退以及转向；检测装置将油渍清刷装置清刷后的焊缝进行检测，以实现焊缝质量的准确检测。
53.本发明提供的船舶油舱用焊缝检测机器人，具有结构简单、设计合理、使用方便，检测准确等优点。
54.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
55.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
56.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
57.图1为本发明公开实施例提供的一种船舶油舱用焊缝检测机器人的结构示意图；
58.图2为本发明公开实施例提供的一种船舶油舱用焊缝检测机器人中运动底盘的结构示意图；
59.图3为本发明公开实施例提供的一种船舶油舱用焊缝检测机器人中运动底盘的底面结构示意图；
60.图4为本发明公开实施例提供的一种船舶油舱用焊缝检测机器人的后视结构示意图。
具体实施方式
61.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
62.本实施方案提供了一种船舶油舱用焊缝检测机器人，以替代以往的人工检测，参见图1，该焊缝检测机器人主要由运动底盘1、基架2、油渍清刷装置3、检测装置4以及控制器构成，其中，运动底盘1作为该焊缝检测机器人的动力系统，带动焊缝检测机器人在船舶油舱的内壁上爬行，基架2固定设置在运动底盘的上方，作为将运动底盘1、油渍清刷装置3以及检测装置4组装到一起的中间结构，油渍清刷装置3作为该焊缝检测机器人的油渍清刷装置，为检测做准备，设置在基架2的前端下方，检测装置4作为该焊缝检测机器人的检测机构，真正执行焊缝检测作为，设置在基架2的后端下方，控制器为焊缝检测机器人的大脑和控制中心。
63.参见图2，该运动底盘1主要由底板11、电线固定板15、两个爬行轮组12、两个驱动装置13、两个辅助轮14以及永磁铁16构成，其中，底板11为菱形板，电线固定板15固定安装在底板11的上方，且沿着底板11的一对角线设置，电线固定板15的两端均相对底板11向下弯折，两个爬行轮组12以电线固定板15为轴，对称设置在底板11的两对角位置，驱动装置13与爬行轮组12一一对应，每个驱动装置13均与对应的爬行轮组12驱动连接，两个辅助轮14
分别安装在电线固定板15的向下弯折处，永磁铁16位于两个爬行轮组12之间，且与底板11的底面固定连接。
64.参见图1，基架2的底面与运动底盘中底板11的上表面固定连接。
65.参见图1，油渍清刷装置3位于基架2的前端下方，该油渍清刷装置3主要由基板31、第一电机32、清洗刷33以及两个第一施压弹簧34构成，其中，第一电机32与基板31固定连接，清洗刷33位于基板31的下方，且清洗刷33的一端与基板31中向下延伸的支架转动连接，清洗刷33的另一端与第一电机32的动力输出轴驱动连接，在第一电机32的驱动下清洗刷33进行转动，两个第一施压弹簧34间隔设置在基板31的上方，每个第一施压弹簧34均下端与基板31的顶面固定连接，上端与基架2固定连接。
66.参见图1，检测装置4位于基架2的后端下方，检测装置4主要由横梁41、两个超声波检测装置42、两个磁吸轮43以及两个第二施压弹簧44构成，其中，两个超声波检测装置42均位于横梁41的下方，且沿着横梁41的长度方向间隔设置，每个超声波检测装置42均与横梁41固定连接，两个磁吸轮43分别设置在横梁41的两端，两个第二施压弹簧44间隔设置在横梁41的上方，且每个第二施压弹簧44均下端与横梁41的顶面固定连接，上端与基架2固定连接。
67.上述控制器的输出端分别与两个驱动装置13的控制端、第一电机32的控制端以及两个超声波检测装置42的控制端连接。
68.上述实施方案中的船舶油舱用焊缝检测机器人，具体的工作过程为：将焊缝检测机器人通过运动底盘中的永磁铁吸附在船舶油箱的内壁，在控制器的控制下，运动底盘按照设定的路线进行行走，在行走的过程中，油渍清刷装置先进行油渍的清刷，而后通过检测装置进行焊缝的检测。该检测机器人由于在前端设置有油渍清刷装置，可以在检测装置检测前进行油渍的清洗，进而使得检测的数据更为准确，此外，该检测机器人中的运动底盘设置了两个驱动装置，可实现两侧爬行轮组的分别驱动，进而使得该检测机器人的运动更为灵活。
69.下面对船舶油舱用焊缝检测机器人中的三个功能部分分别进行工作原理的解释说明。
70.运动底盘：由永磁铁将该运动底盘吸附在船舶外板上，在菱形底板的四角交替设置有爬行轮组以及辅助轮，其中，爬行轮组用于该运动底盘的运动爬行，辅助轮用于进行辅助支撑，该辅助轮多为万向轮，通过上述的四点支撑，可以提高该运动底盘的平稳性，上述的爬行轮组是由驱动装置进行驱动，二者一一对应，且以电线固定板为轴，对称设置在两侧，每个驱动装置可以独立控制对应的爬行轮组，而两个驱动装置均由控制器进行控制，当该运动底盘需要前进时，通过控制器控制两个驱动装置进行同步运动，则此时两个爬行轮组进行同向的同步运动，两个辅助轮会随之转动，带动该运动底盘进行平移，通过控制器控制两个驱动装置的正转和反转，可实现控制运动底盘的前进或后退，而当需要进行转弯时，控制器可控制一个驱动装置运动，而另一驱动装置不动，此时，两个爬行轮组一个动一个不动，进而完成转弯运动，因此，通过控制器的控制可实现该运动底盘的灵活运动和转向，按照设定的路线进行爬行，提高工作效率。
71.油渍清刷装置：由基板作为第一电机和清洗刷的支撑，且清洗刷由第一电机进行驱动，在基板上设置的两个第一施压弹簧，一方面可以实现与基架之间的连接，另一方面可
以对基板施加向下的压力，进而使清洗刷与油箱内壁紧密接触，提高清洗的洁净程度，此外，当清洗刷遇到较高的向上突起时，该第一施压弹簧的设置使得油渍清刷装置能够具有一定的向上运动空间，避免清洗刷的损坏。
72.检测装置：由横梁作为支撑，工作时，磁吸轮吸附在船舶油舱的内壁上，且磁吸轮的直径大于超声检测装置的长度，通过该磁吸轮的设置，不仅可以确保超声检测装置与内壁相撞或者接触，进而对超声检测装置进行保护，而且还能确保超声检测装置与油舱内壁始终处于相同的检测距离，检测距离均为磁吸轮的直径-超声检测装置的长度，使得各个检测数据在同一基准上，具有可比性，使得检测结果更为准确。同样两个第二施压弹簧的设置，一方面可以确保工作时磁吸轮始终与油箱内壁紧密相抵，另一方面当遇到向上凸起的障碍物是，还有一定的向上运动空间，实现保护作用。
73.上述焊缝检测机器人如果在非检测区域行驶时，油渍清刷装置始终与油舱内壁相接，则会导致阻力较大，尤其机器人在转弯的过程中，同样如果检测装置中的磁吸轮始终与油舱内壁相接，也会增加行驶的阻力，导致机器人的整体电能消耗较大，因此，为了解决上述问题，参见图1，本实施方案在船舶油舱用焊缝检测机器人中，还设置了两个提升装置5，每个提升装置5均由提升电机51、限位轴承座52以及提升拉绳53构成，其中，提升电机51与限位轴承座52间隔设置，且提升电机51的动力输出轴端部转动嵌套在限位轴承座52内，提升拉绳53具有固定端和自由端，提升拉绳53的固定端与提升电机51的动力输出轴固定连接。
74.上述两个提升装置5分别与油渍清刷装置3和检测装置4一一对应，其中，与油渍清刷装置3对应的提升装置5位于基架2的前端，该提升装置5中的提升电机51以及限位轴承座52均与基架2固定连接，提升装置5中提升拉绳53的自由端与油渍清刷装置3中的基板31固定连接，且提升拉绳53与基板31的连接点位于两个所述第一施压弹簧34之间；与检测装置4相对应的提升装置5位于基架2的后端，提升装置5中的提升电机51以及限位轴承座52均与基架2固定连接，提升装置5中提升拉绳53的自由端与检测装置4中的横梁41固定连接，且提升拉绳53与横梁41的连接点位于两个第二施压弹簧44之间；上述两个提升装置5中提升电机51的控制端均与控制器的输出端连接。
75.上述两个提升装置的工作原理相同，下面就以油渍清刷装置对应的提升装置为例进行工作过程及原理的解释说明。
76.该提升装置由提升电机作为动力源，通过控制器控制提升电机的启动，控制其进行正转/反转，进而进行提升拉绳的收紧/放松，具体而言，当机器人处于非检测区域或者需要转弯时，需要通过控制器控制提升电机进行正转，将提升拉绳收紧，进而拉着油渍清刷装置向上运动，使得第一施压弹簧处于压紧状态，使得油渍清刷装置中的清洗刷离开油箱内壁，当机器人行驶到检测区域时，控制器控制提升电机进行反转，将提升拉绳放松，让在第一施压弹簧的回弹下，使得油渍清刷装置中的清洗刷与油舱内壁紧紧相抵。
77.参见图3，运动底盘1中每个爬行轮组12均包括：主轴承座121、辅轴承座122、驱动轴123以及驱动轮124，其中，主轴承座121和辅轴承座122间隔平行固定安装在底板11的下表面，驱动轴123的一端嵌套在主轴承座121和辅轴承座122内，驱动轮124的轮轴与驱动轴123的另一端连接，驱动轮124在驱动轴123的驱动下进行转动，实现其爬行作用。上述驱动轮143的外周设置有爬行轮，避免在船舶外板上发生打滑。
78.参见图2，运动底盘1中每个驱动装置13均包括：电机131、第一驱动齿轮、第二驱动齿轮以及链条132，其中，电机131与底板11的上表面固定连接，第一驱动齿轮固定套装在电机131的动力输出轴外部，第二驱动齿轮固定套装在对应爬行轮组12中驱动轴123的外部，链条132传动套装在第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的外部。
79.上述驱动装置的工作过程为，由电机提供动力，当电机转动时，套装在电机动力输出轴上的第一驱动齿轮会随之发生转动，通过链条的传动，会带动第二驱动齿轮进行转动，在第二驱动齿轮的带动下，会驱动对应爬行轮组中驱动轴转动，进而实现爬行轮组的驱动。
80.为了节约空间，作为技术方案的改进，每个驱动装置13中的电机131均为l型电机。
81.为了防止油渍清刷装置在进行油渍清刷过程中喷溅到其他设备上，为了实现保护的作用，作为技术方案的改进，参见图1，在述油渍清刷装置3中还设置有挡油板35，该挡油板35为弧形板，罩在清洗刷33的上方，且挡油板35的顶端与基板31的底面固定连接。
82.参见图4，每个超声波检测装置42均由l型支架421以及超声传感器422构成，其中，l型支架421的上端与横梁41固定连接，超声传感器422与l型支架421的下端固定连接。
83.鉴于上述焊缝检测机器人，本实施方案还提供一种船舶油舱焊缝的检测方法，该检测方法的具体的检测过程如下：
84.通过永磁铁将所述焊缝检测机器人吸附在待检测船舶油舱的内壁表面，并控制所述焊缝检测机器人行驶至待检测区域后，分别控制两个提升装置将提升拉绳下放，直至所述油渍清刷装置以及检测装置到达工作位置；
85.启动所述油渍清刷装置以及检测装置工作的同时，控制运动底盘按照设定的路线进行行驶，由油渍清刷装置完成油舱内壁的清洗后，再由检测装置进行焊缝的检测，当需要转弯时，通过控制器控制所述油渍清刷装置对应的提升装置中的提升拉绳上升，使得所述油渍清刷装置中的清洗刷与船舶油舱内壁分离，待转弯完毕后，再次下放油渍清刷装置至工作位置，当检测结束后，通过控制器控制两个提升装置中的提升拉绳均进行上升后，控制运动底盘沿着路线行驶至停止位。
86.其中，上述油渍清刷装置的工作位置是清洗刷与油舱内壁紧紧相抵，检测装置的工作位置是磁吸轮与油舱内壁相抵。
87.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
88.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。