一种用于井架检测的多平面爬行装置及方法

1.本技术涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种用于井架检测的多平面爬行装置及方法。


背景技术：

2.井架损伤检测主要通过利用振动方法对井架振动模态进行分析，在井架的不同位置设置传感器，由这些测点提取井架振动模态特性的参数变化，从而分析井架的损伤部位，振动激励主要分为自振法、共振法和随机载荷激励法。
3.目前利用振动模态分析的方法随着传感器性能的增强和电脑处理信息数据的能力增强得到了长足的发展与进步，存在通用性强、配套设施完善等优点；但是对于高耸井架结构而言，存在测点分布规划复杂、如何将传感器准确的放置在测点、如何排除外部干扰信号、数据处理的准确性不稳定等缺点。


技术实现要素：

4.本技术提供一种用于井架检测的多平面爬行装置及方法，解决了目前现有爬行机器人只能在井架单面运动的问题。
5.为达到上述目的，本技术提供了一种用于井架检测的多平面爬行装置，包括摄像装置、探伤装置、定位转动装置和数据处理及控制模块，其中：所述摄像装置用于获取井架外表面的图像和/或视频，所述探伤装置用于采集井架内部的损伤数据，所述摄像装置和探伤装置分别连接在定位转动装置两侧，所述摄像装置和探伤装置的底部均设置有能够沿井架移动的行走机构；所述定位转动装置、摄像装置、探伤装置和行走机构均与数据处理及控制模块电连接；
6.所述数据处理及控制模块被配置为：实时接收摄像装置传输的视频和/或图像数据并根据视频和/或图像数据判断是否需要转向，若是则控制行走机构停止移动，并根据视频和/或图像数据计算所需的转动角度，然后再根据转动角度控制定位转动机构将行走机构抬离井架表面并带动摄像装置和探伤装置同步转动；
7.对实时接收的视频和/或图像数据进行筛选，并根据筛选后的视频和/或图像数据判断井架外表面的是否存在异常部位；实时接收探伤装置传输的损伤数据，并根据损伤数据判断井架内部是否存在异常部位。
8.进一步地，所述定位转动装置包括第一箱体和第一抬升机构，所述第一抬升机构包括从下至上依次设置的第一套管、可伸缩连接在第一套管外部的第二套管以及用于驱动第一套管沿竖直方向运动的第一驱动电机，所述第一套管设置在第一箱体的底部，第二套管的底端转动连接有磁力吸盘；所述第一驱动电机安装在第一箱体内，其输出轴的外壁上套设有用于对输出轴进行的锁定/解锁的第一锁止机构，第一锁止机构与第二套管固定连接，所述第一驱动电机、第一锁止机构均与数据处理及控制模块电连接；
9.所述第一抬升机构在缩回状态时其高大于所述行走机构的高，在伸出状态时其高
大于所述行走机构的高。
10.进一步地，所述定位转动装置还包括第二箱体和第三箱体，第二箱体和第三箱体分别设置在第一箱体的左右两侧，所述第一箱体的前后两侧均设置有转轴，所述转轴上套设有至少一个第一连接板和第二连接板，每个第一连接板和每个第二连接板间隔设置，第一连接板远离第二连接板的一端固定连接在第二箱体上，第二连接板远离第一连接板的一端固定连接在第三箱体上；第一连接板上设置有限位杆，所述第二连接板在限位杆正下方的位置处设置有与限位杆相抵接的限位块；
11.所述第二箱体和第三箱体的底壁上均设置有至少一个能够沿竖直方向伸缩第二抬升机构，每个第二抬升机构的底部均设置有万向轮，每个所述第二抬升机构均与数据处理及控制模块电连接。
12.进一步地，所述第二箱体和第三箱体远离第一箱体的一侧均通过定位组件分别与探伤装置和摄像装置连接，所述定位组件均包括至少一对相铰接的第三连接板和第四连接板，所述第四连接板上设置用于将第三连接板和第四连接板进行锁定/解锁的第二锁止机构，所述第二锁止机构与数据处理及控制模块电连接。
13.进一步地，每个所述行走机构均包括两根第一传动轴以及用于带动两根第一传动轴转动的传动箱，第一传动轴位于传动箱中部，其远离传动箱的一端上设置有动力齿轮；所述传动箱的下方还设置有两根平行设置的第二传动轴和第三传动轴，第二传动轴的两端均设置有第一传动齿轮，第三传动轴的两端均设置有第二传动齿轮，位于同侧的第一传动齿轮、第二传动齿轮和动力齿轮通过磁力吸附履带传动连接；
14.所述传动箱通过轴承与第二传动轴和第三传动轴固定连接。
15.进一步地，所述控制模块包括视频处理子模块、检测处理子模块、第一控制子模块、第二控制子模块、第三控制子模块和两个第四控制子模块，其中：
16.所述视频处理子模块被配置为：对摄像装置传输的视频和/或图像数据进行筛选，并根据筛选后的视频和/或图像数据判断井架外表面的损伤程度；根据视频和/或图像数据判断是否需要转向/向其他平面移动，若是，则向第一控制子模块、第二控制子模块发送控制指令，并根据视频和/或图像数据计算所需的转动角度，再根据转动角度向第三控制子模块和两个所述第四控制子模块发送控制指令；
17.所述检测处理子模块用于根据探伤装置传输的损伤数据判断井架内部的损伤程度；
18.所述第一控制子模块用于控制设置在摄像装置底部的行走机构的移动；
19.所述第二控制子模块用于控制设置在探伤装置底部的行走机构的移动；
20.所述第三控制子模块用于根据接收到的控制指令控制第一驱动电机以及第一锁止机构的锁止和解锁；
21.两个所述第四控制子模块用于根据接收到的控制指令分别控制位于第一箱体两侧的第二抬升机构的伸缩以及第二锁止机构的锁止和解锁。
22.进一步地，摄像装置包括第一控制箱体，所述视频处理子模块和第一控制模块均安装在第一控制箱体内，所述第一控制箱体内还设置有第一蓄电池，且其侧壁上安装有多个监测探头，所述第一蓄电池通过电线并联视频处理模块与第一控制模块，所述视频处理模块通过电线与多个监测探头连接，所述第一蓄电池通过电线与传动箱内的动力源连接，
所述传动箱通过四根固定杆固定在第一控制箱体的底部。
23.进一步地，所述探伤装置包括第二控制箱体，所述检测处理子模块和第二控制子模块均安装在第二控制箱体内，所述第二控制箱内部设置有第二蓄电池和超声检测模块，所述第二蓄电池通过电线并联超声检测模块与检测处理子模块，所述第二蓄电池通过电线与传动箱内的动力源连接，所述传动箱通过四根固定杆固定在第二控制箱体的底部。
24.另一方面，本技术还提供一种用于井架检测的方法，是基于要求一种用于井架检测的多平面爬行装置实现的，包括以下步骤：
25.实时接收摄像装置传输的视频和/或图像数据并根据视频和/或图像数据判断是否需要转向，若是则控制行走机构停止移动，并根据视频和/或图像数据计算所需的转动角度，然后再根据转动角度控制定位转动机构将行走机构抬离井架表面并带动摄像装置和探伤装置同步转动；
26.对实时接收的视频和/或图像数据进行筛选，并根据筛选后的视频和/或图像数据判断井架外表面的是否存在异常部位；实时接收探伤装置传输的损伤数据，并根据损伤数据判断井架内部是否存在异常部位。
27.进一步地，还包括步骤：将异常部位的损伤数据和坐标存储到存储条中；将异常部位的视频和/或图像数据和损伤数据结合进行判断井架异常部位的损伤程度。
28.本技术相比现有技术具有以下有益效果：本技术的攀爬机器人操作简便、可在井架任意位面移动，内置的超声检测模块、超声数据处理模块、监测探头、视频处理模块实现对井架的内外部检测和分析。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术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，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
30.图1为实施例1中多平面爬行装置的结构示意图；
31.图2为实施例1中摄像装置的结构示意图；
32.图3为实施例1中行走机构的结构示意图；
33.图4为实施例1中定位组件的结构示意图；
34.图5为实施例1中第二箱体、第二抬升机构、万向轮的装配图；
35.图6为实施例1中第一抬升机构的装配图；
36.图7为实施例1中探伤装置的结构示意图；
37.图8为实施例1中第一驱动电机和第一锁止机构的装配图；
38.图9为实施例1中第一锁止机构的结构示意图；
39.图10为实施例1中第二锁止机构的结构示意图。
40.图中，1-摄像装置，11-第一控制箱体，12-第一蓄电池，13-视频处理模块，14-第一控制子模块，15-监测探头，16-第一传动电线，2-定位转动装置，21-第一箱体，211-转轴，212-第一连接板，213-第二连接板，214-限位杆，215-限位块，22-第二箱体，23-第三箱体，24-第一抬升机构，241-第一套管，242-第二套管，243-磁力吸盘，244-驱动电机，25-第一锁
止机构，26-第二抬升机构，27-万向轮，3-定位组件，31-第三连接板，32-第四连接板，33-第二锁止机构，331-定位杆，332-定位栓，333-转动齿轮，4-行走机构，41-第一传动轴，42-传动箱，43-第二传动轴，44-第三传动轴，45-第一传动齿轮，46-第二传动齿轮，47-动力齿轮，48-磁力吸附履带，49-轴承，5-探伤装置，51-第二控制箱，52-第二蓄电池，53-超声检测模块，54-检测处理子模块，55-第二传动电线，56-储存条。
具体实施方式
41.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
42.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
43.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
44.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
45.参照图1，本技术提供了一种用于井架检测的多平面爬行装置，包括摄像装置1、探伤装置5、定位转动装置2和数据处理及控制模块，其中：摄像装置1用于获取井架外表面的图像和/或视频，探伤装置5用于采集井架内部的损伤数据，摄像装置1和探伤装置5分别连接在定位转动装置2两侧，摄像装置1和探伤装置5的底部上均设置有能够沿井架移动的两个行走机构4，两个行走机构4分别设置在摄像装置1和探伤装置5底部的前后两端；定位转动装置2用于将行走机构4抬离井架表面并带动摄像装置1和探伤装置5同步转动；定位转动装置2、摄像装置1、探伤装置5和行走机构4均与数据处理及控制模块电连接。数据处理及控制模块包括视频处理子模块13、检测处理子模块54、第一控制子模块14、第二控制子模块、第三控制子模块和两个第四控制子模块。
46.参见图3，设置在摄像装置1和探伤装置5的底部的行走机构4均包括两根第一传动轴41以及带动两根第一传动轴41转动的传动箱42，两根第一传动轴41分别设置在传动箱42的两侧，且位于传动箱42的中部位置处，其远离传动箱42的一端均设置有动力齿轮47；传动箱42的下方还设置有两根平行设置的第二传动轴43和第三传动轴44，第二传动轴43的两端均设置有第一传动齿轮45，第三传动轴44的两端均设置有第二传动齿轮46，位于同侧的第一传动齿轮45、第二传动齿轮46和动力齿轮47通过磁力吸附履带48传动连接；传动箱42通过轴承49与第二传动轴43和第三传动轴44固定连接。
47.参见图2，摄像装置1包括第一控制箱体11，视频处理子模块13和第一控制模块14
均设置在第一控制箱体11内，第一控制箱体11内还设置有第一蓄电池12，第一控制箱体11的电线固定槽外接多个安装有多个监测监测探头15，实现对井架全方位的拍摄。第一蓄电池12通过电线并联视频处理模块13与第一控制模块14，视频处理模块13通过电线与多个监测监测探头15连接，第一蓄电池12通过第一传动电线16与设置在其下端的传动箱42内的动力源连接，传动箱42通过四根固定杆固定在第一控制箱体11的底部。视频处理子模块13用于对摄像装置传输的视频和/或图像数据进行筛选，并根据筛选后的视频和/或图像数据判断井架外表面的损伤程度；根据视频和/或图像数据判断是否需要转向/向其他平面移动，若是，则向第一控制子模块14、第二控制子模块55发送控制指令，并根据视频和/或图像数据计算所需的转动角度，再根据转动角度向第三控制子模块和两个第四控制子模块发送控制指令，控制定位转动机构2将行走机构4抬离井架表面并带动被抬升后的摄像装置1和探伤装置5同步转动。摄像装置1下方的行走机构4与第一控制子模块14电连接，第一控制子模块14用于根据控制视频处理子模块13的控制指令控制设置在摄像装置1底部的行走机构4的移动。
48.参见图7，探伤装置5包括第二控制箱体51，第二控制箱51内部设置有第二蓄电池52、超声检测模块53和储存条56，检测处理子模块54和第二控制子模块均安装在第二控制箱体51内，第二蓄电池52通过电线并联超声检测模块53与检测处理子模块54，第二蓄电池52通过第二传动电线55与传动箱42内的动力源连接，传动箱42通过四根固定杆固定在第二控制箱体51的底部。检测处理子模块54用于根据探伤装置5传输的损伤数据判断井架内部的损伤程度；第二控制子模块55用于根据视频处理子模块13的控制指令控制设置在探伤装置5底部的行走机构4的移动。
49.参照图1和6，定位转动装置2包括从右至左依次平行设置的第二箱体22、第一箱体21和第三箱体23，第一箱体21的前后两侧均设置有转轴211，转轴211上套设有两个第一连接板212和第二连接板213，每个第一连接板212和每个第二连接板213间隔设置，第一连接板212远离第二连接板213的一端固定连接在第二箱体22上，第二连接板213远离第一连接板212的一端固定连接在第三箱体23上；第一连接板212上设置有限位杆214，第二连接板213在限位杆214正下方的位置处设置有与限位杆214相抵接的限位块215。
50.参见图1、4和10，第二箱体22远离第一箱体21的一侧通过两个定位组件与探伤装置5的第二控制箱体51转动连接，第三箱体23远离第一箱体21的一侧通过两个定位组件3与摄像装置1的第一控制箱体11转动连接。定位组件3均包括至少一对相铰接的第三连接板31和第四连接板32，第四连接板32上设置用于将第三连接板31锁定/解锁于第四连接板32的第二锁止机构33。第二锁止机构33包括第二驱动电机、定位杆331和定位栓332，电机的输出轴上固定套设有转动齿轮333，定位栓332设置在转动齿轮333的正上方，其至少一部分上设置有多个与转动齿轮333啮合的齿。定位杆331一体连接在第三连接板31靠近第四连接板32的一端，定位杆331上开设有滑槽，第四连接板32在与定位杆331上滑槽相对应的位置处也开设有滑槽。定位栓332未设置齿的一端安装在第四连接板332的滑槽内，第二驱动电机与第四控制子模块电连接。
51.参见图5，第二箱体22和第三箱体23的底壁上均设置有两个能够沿竖直方向伸缩第二抬升机构26，每个第二抬升机构26的底部均设置有万向轮27，第四控制子模块电通过电线连接第二抬升机构26。第二抬升机构26可以是但不限于丝杠电机。两个第四控制子模
块用于根据视频处理子模块13的控制指令分别控制位于第一箱体21两侧的第二抬升机构26的伸缩以及第二锁止机构33的锁定和解锁。两个第四控制子模块分别安装在第二箱体22和第三箱体23内。
52.参见图6、8-10，定位转动装置2还包括第一抬升机构24，第一抬升机构24包括从下至上依次设置的第一套管241、可伸缩连接在第一套管241外部的第二套管242以及用于驱动第一套管241沿竖直方向运动的第一驱动电机244，第一驱动电机244安装在第一箱体22的内部，其输出轴一端穿过第一箱体21、第二套管242后，通过螺母连接在第一套管241内，输出轴的至少一部分上开设有与螺母相配合的外螺纹。第二套管242固定连接在第一箱体21的底部，第一套管241的底端转动连接有磁力吸盘243；第一驱动电机244输出轴远离第一套管241的一端的外壁上套设有用于对输出轴进行的锁定/解锁的第一锁止机构25，第一锁止机构25包括套设输出轴未外外螺纹的外壁上的第二轴承，第二轴承与第二套管242固定连接，第二轴承内滚轮的下方设置有多个锁止凸块。在锁止状态时，输出轴被固定于第二套管242上，其带动摄像装置1、探伤装置5绕磁力吸盘243转动，第一抬升组件24在缩回状态时其高大于行走机构4的高，在伸出状态时其高大于行走机构4的高。
53.第一驱动电机244、多个锁止凸块与第三控制子模块电连接，第三控制子模块用于根据视频处理子模块13的控制指令控制第一驱动电机244从而带动第一套管241伸缩以及控制多个锁止凸块对第一驱动电机244的输出轴进行锁紧/解锁。第三控制子模块安装在第一箱体21内。
54.实施例1的工作原理为：当视频处理子模块13检测到装置在运行过程中需要转向或向另外的平面运动时，视频处理子模块13发送指令至第一控制子模块14、第二控制子模块、第三控制子模块和第四控制子模块，再由第一控制子模块14、第二控制子模块、第三控制子模块和第四控制子模块控制装置的转向或向另外平面移动。
55.上述过程可以分解为四个阶段：抬升阶段、转向阶段、回落阶段、移动阶段。
56.在抬升阶段，通过第四控制子模块控制第二锁定机构33中的定位栓332插入定位杆331的滑槽内，将第三连接板31和第四连接板32锁止，限制第三连接板31和第四连接板32的相对转动；再通过第三控制子模块和第四控制子模块分别控制第一抬升机构24和多个第二抬升机构26同时伸长，使磁力吸盘243吸附于井架表面，并与万向轮27同时将摄像装置1、探伤装置5抬离井架表面。
57.在转向阶段，第三控制子模块控制第一锁止机构25的多个锁止凸块锁紧第一驱动电机244输出轴，使第一箱体21和第一抬升机构24固连成一个整体，进而带动摄像装置1、探伤装置5和第一抬升机构24以磁力吸盘243为轴进行旋转，以实现控制井架爬行机器人转向的角度。
58.在回落阶段，当调整好方向后控制第一抬升机构24、第二抬升机构26同时收缩，当磁力吸附履带48接触井架时，磁力吸盘243离开井架缩回初始位置，第四控制子模块控制定位栓332脱离定位杆331的滑槽，由于磁力因素会使磁力吸附履带48重新吸附在井架上。
59.此时的吸附情况有两种，吸附情况一是在同一平面内运动时上述两个磁力吸附履带48会吸附在同一平面，吸附情况二是上述两个磁力吸附履带48分别吸附在不同平面。吸附情况一：两个磁力吸附履带48在同一平面，正常运动即可；吸附情况二：两个磁力吸附履带48分别在不同平面，运动朝向一侧的履带会带动井架爬行机器人进行运动，在运动过程
中万向轮会提供过渡作用，同时分段式的履带设计会减小模块在向另外平面移动时的难度。
60.根据所需情况调整磁力吸盘转动的角度，以竖直向上为基本方向，如需向其他平面移动则转动90
°
，如需向下移动则转动180
°
。
61.实施例2：一种用于井架检测的方法，基于实施例1中的一种用于井架检测的多平面爬行装置实现的，包括以下步骤：
62.实时接收摄像装置1传输的视频和/或图像数据并根据视频和/或图像数据判断是否需要转向，若是则控制行走机构4停止移动以及控制第一抬升机构24、第二抬升机构26同时伸长抬升行走机构4，并根据视频和/或图像数据计算所需的转动角度，再根据转动角度控制第一锁止机构25锁紧第一抬升机构24内的第一驱动电机244的输出轴，从而带动摄像装置1和探伤装置5同步转动；
63.对实时接收的视频和/或图像数据进行筛选，并根据筛选后的视频和/或图像数据判断井架外表面的是否存在异常部位；实时接收探伤装置传输的损伤数据，并根据损伤数据判断井架内部是否存在异常部位，将异常部位的损伤数据和坐标存储到存储条中；
64.将异常部位表面的图像信息和内部的超声信息结合进行判断井架异常部位的损伤程度。
65.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。