同步移动的井筒巡检系统及其同步移动控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种同步移动的井筒巡检系统及其同步移动控制方法。井筒巡检系统包括爬绳机器人、钢丝绳、地面钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动轨道、井底钢丝绳移动装置、井底钢丝绳移动轨道以及惯性传感器、控制装置。钢丝绳的上端与地面钢丝绳移动装置连接，下端则穿过爬绳机器人后与井底钢丝绳移动装置连接；控制装置控制井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置同步移动后，爬绳机器人上所搭载的惯性传感器检测到的反馈钢丝绳的姿态数据传输至控制装置。因此，本发明专利技术仅需要运用爬绳机器人上搭载的惯性传感器便可实时获得钢丝绳的姿态，从而判断钢丝绳是否发生偏移，继而对井筒巡检系统的轨道进行控制。

Wellbore inspection system with synchronous movement and its synchronous movement control method

【技术实现步骤摘要】
同步移动的井筒巡检系统及其同步移动控制方法
本专利技术涉及机械工程
，具体涉及一种同步移动的井筒巡检系统及其同步移动控制方法。
技术介绍
井筒巡检系统是由爬绳机器人和沿井筒壁移动的钢丝绳移动装置组成的，通过在井筒内布置一根钢丝绳，爬绳机器人布置在钢丝绳上作为移动节点，爬绳机器人可以沿着钢丝绳完成上升、下降、悬停等动作，同时钢丝绳移动装置可以沿着井筒壁进行移动，从而实现对整个井筒内部的巡检。由于位于地面和井底的钢丝绳移动装置之间的不同步，故在钢丝绳移动过程中会由于地面和井底的移动装置移动速度不同步造成钢丝绳的偏斜，甚至缠绕在井筒内的工作设备上。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种井筒巡检系统轨道同步移动控制方法，以解决上述
技术介绍
中提到的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种同步移动的井筒巡检系统，包括爬绳机器人、钢丝绳、地面钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动轨道、井底钢丝绳移动装置、井底钢丝绳移动轨道以及惯性传感器、控制装置，地面钢丝绳移动装置安装在地面钢丝绳移动轨道中，井底钢丝绳移动装置安装在井底钢丝绳移动轨道中，钢丝绳的上端与地面钢丝绳移动装置连接，下端则穿过爬绳机器人后与井底钢丝绳移动装置连接；控制装置控制井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置同步移动后，爬绳机器人上所搭载的惯性传感器检测到的反馈钢丝绳的姿态数据传输至控制装置，控制装置根据所接收到的钢丝绳的姿态数据，先计算局部坐标系X1Y1Z1的轴Z1相对于自然坐标系X0Y0Z0中的X0O0Y0平面的夹角θZ大小，然后根据夹角θZ来调整地面钢丝绳移动装置和井底钢丝绳移动装置的运行速度，直至轴Z1相对于自然坐标系X0Y0Z0中的X0O0Y0平面的夹角θZ为0，此时，钢丝绳的轴线与井筒的轴线平行；自然坐标系X0Y0Z0是以钢丝绳在地面钢丝绳移动装置上的连接点为原点建立的三维坐标系，而局部坐标系X1Y1Z1是以钢丝绳与爬绳机器人的中心点对应的位点为原点建立的三维坐标系。进一步地，所述井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置，结构一致，均包括外壳、驱动电机以及若干个移动滚轮；所述外壳，设置有能够装夹钢丝绳的钢丝绳锁紧机构；所述移动滚轮，包括一个主动滚轮以及一个以上的从动滚轮；各移动滚轮均通过一根滚轮轴定位支撑，且各滚轮轴均通过轴承安装于外壳中；驱动电机的机座固定安装在外壳上，而驱动电机的动力输出端则通过减速器与支撑主动滚轮的滚轮轴连接；控制装置根据夹角θZ来控制井底钢丝绳移动装置的驱动电机、地面钢丝绳移动装置的驱动电机的运行状态，促使井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置运行同步。进一步地，所述井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置，均配置有导向机构；导向机构包括横向导向机构以及纵向导向机构；横向导向机构包括横向导向支架以及横向导向滚轮；横向导向支架一端与外壳连接，另一端则与横向导向滚轮连接，横向导向滚轮的轴向与移动滚轮所在的滚动面相平行；纵向导向机构包括纵向导向支架以及纵向导向滚轮；纵向导向支架一端与外壳连接，另一端则与纵向导向滚轮连接，纵向导向滚轮的轴向与移动滚轮所在的滚动面相垂直；主动滚轮在驱动电机的动力驱动下，配合横向导向机构、纵向导向机构的定位和导向，能够带动各从动滚轮始终沿着钢丝绳移动轨道移动。进一步地，所述轨道本体上还包括横向导向面以及纵向导向面；滚动面的一侧设置有与滚动面相垂直的纵向导向面，另一侧则设置有在转折位置处贯通的L形凹槽，该L形凹槽包括竖直槽以及横向槽，竖直槽的槽体延伸方向与滚动面相垂直，且竖直槽的槽口与滚动面齐平，横向槽的槽体延伸方向与滚动面相平行，且横向槽具有与滚动面相平行的横向导向面；各移动滚轮均直接置于滚动面的上方；横向导向支架置于竖直槽内，而横向导向滚轮置于横向槽内，且横向导向支架的一端穿出竖直槽后与外壳连接，横向导向支架的另一端则与勾拦住横向导向面的横向导向滚轮连接，横向导向滚轮与横向导向面线连接；纵向导向滚轮与纵向导向面线连接；主动滚轮在驱动电机的动力驱动下，能够带动横向导向滚轮沿着横向导向面滚动、带动纵向导向滚轮沿着纵向导向面滚动、带动各从动滚轮沿着滚动面滚动。进一步地，所述的外壳，呈环扇形设置；各滚轮轴均沿着环扇形外壳的径向布置；所述环扇形外壳的两径向截面端均设置有一个固定支架；每一个固定支架上均设置有一个纵向导向机构、一个横向导向机构；纵向导向机构设置在固定支架与环扇形外壳的内圆面相邻的一端；而横向导向机构则设置在固定支架与环扇形外壳的外圆面相邻的一端；分处于环扇形外壳的两径向截面端的两纵向导向机构对称设置，同时，分设在环扇形外壳的两径向截面端的两横向导向机构对称设置；纵向导向滚轮的轴线与环扇形外壳的环扇面相垂直；横向导向滚轮的轴线与环扇形外壳的环扇面相平行；纵向导向支架、横向导向支架在固定支架上的位置能够沿着环扇形外壳的径向调整。本专利技术的另一个技术目的是提供一种井筒巡检系统的同步移动控制方法，包括以下步骤：第一步，准备阶段首先，将爬绳机器人布置于钢丝绳上，并布置于预先规定处，测试检查爬绳机器人是否工作正常，调整地面钢丝绳移动装置在地面钢丝绳移动轨道上的位置、井底钢丝绳移动装置在井底钢丝绳移动轨道上的位置，使得钢丝绳与井筒的轴线平行；第二步，运行阶段启动井筒巡检系统，在开始运行时，以相同速度和方向驱动地面钢丝绳移动装置、井底钢丝绳移动装置带动钢丝绳绕井筒移动，此时爬绳机器人上搭载的惯性传感器检测的数据反馈至控制装置，经控制装置处理后，得到夹角θZ为0，表明地面钢丝绳移动装置、井底钢丝绳移动装置运行同步；第三步，同步移动阶段当爬绳机器人上搭载的惯性传感器检测的数据反馈至控制装置，经控制装置处理后，得到夹角θZ不为0时，表明地面钢丝绳移动装置、井底钢丝绳移动装置运行不同步；此时需要根据夹角θZ和井筒深度两者之间的几何关系，对地面钢丝绳移动装置和井底钢丝绳移动装置进行控制，直至夹角θZ为0，此时，钢丝绳的轴线与井筒的轴线平行；夹角θZ为轴Z1相对于自然坐标系X0Y0Z0中的X0O0Y0平面的夹角；自然坐标系X0Y0Z0是以钢丝绳在地面钢丝绳移动装置上的连接点为原点建立的三维坐标系，而局部坐标系X1Y1Z1是以钢丝绳与爬绳机器人的中心点对应的位点为原点建立的三维坐标系。有益效果：(1)本专利技术采用的井筒巡检系统轨道同步移动控制方法硬件成本低，仅需要运用爬绳机器人上搭载的惯性传感器便可实时获得钢丝绳的姿态，从而判断钢丝绳是否发生偏移，继而对井筒巡检系统的轨道进行控制；(2)本专利技术采用的井筒巡检系统轨道同步移动控制方法采用软件控制方法，相对于机械装置控制，其技术上较为先进，可扩展性强，具有普适性。(3)本专利技术的方法可适用于多种轨道，包括但不限于齿轮齿条以及光滑轨道等；(4)本专利技术的方法可根据需求布置多个爬绳机器人，可根据爬绳机器人搭载的惯性传感器提供多个爬绳机器人的姿态，进一步提高井筒巡检系统轨道同步移动的准确性。附图说明构成本专利技术的一部分附图用来提高对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步移动的井筒巡检系统，其特征在于，包括爬绳机器人、钢丝绳、地面钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动轨道、井底钢丝绳移动装置、井底钢丝绳移动轨道以及惯性传感器、控制装置，地面钢丝绳移动装置安装在地面钢丝绳移动轨道中，井底钢丝绳移动装置安装在井底钢丝绳移动轨道中，钢丝绳的上端与地面钢丝绳移动装置连接，下端则穿过爬绳机器人后与井底钢丝绳移动装置连接；控制装置控制井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置同步移动后，爬绳机器人上所搭载的惯性传感器检测到的反馈钢丝绳的姿态数据传输至控制装置，控制装置根据所接收到的钢丝绳的姿态数据，先计算局部坐标系X

【技术特征摘要】
1.一种同步移动的井筒巡检系统，其特征在于，包括爬绳机器人、钢丝绳、地面钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动轨道、井底钢丝绳移动装置、井底钢丝绳移动轨道以及惯性传感器、控制装置，地面钢丝绳移动装置安装在地面钢丝绳移动轨道中，井底钢丝绳移动装置安装在井底钢丝绳移动轨道中，钢丝绳的上端与地面钢丝绳移动装置连接，下端则穿过爬绳机器人后与井底钢丝绳移动装置连接；控制装置控制井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置同步移动后，爬绳机器人上所搭载的惯性传感器检测到的反馈钢丝绳的姿态数据传输至控制装置，控制装置根据所接收到的钢丝绳的姿态数据，先计算局部坐标系X1Y1Z1的轴Z1相对于自然坐标系X0Y0Z0中的X0O0Y0平面的夹角θZ大小，然后根据夹角θZ来调整地面钢丝绳移动装置和井底钢丝绳移动装置的运行速度，直至轴Z1相对于自然坐标系X0Y0Z0中的X0O0Y0平面的夹角θZ为0，此时，钢丝绳的轴线与井筒的轴线平行；自然坐标系X0Y0Z0是以钢丝绳在地面钢丝绳移动装置上的连接点为原点建立的三维坐标系，而局部坐标系X1Y1Z1是以钢丝绳与爬绳机器人的中心点对应的位点为原点建立的三维坐标系。


2.根据权利要求1所述的同步移动的井筒巡检系统，其特征在于，所述井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置，结构一致，均包括外壳、驱动电机以及若干个移动滚轮；所述外壳，设置有能够装夹钢丝绳的钢丝绳锁紧机构；所述移动滚轮，包括一个主动滚轮以及一个以上的从动滚轮；
各移动滚轮均通过一根滚轮轴定位支撑，且各滚轮轴均通过轴承安装于外壳中；驱动电机的机座固定安装在外壳上，而驱动电机的动力输出端则通过减速器与支撑主动滚轮的滚轮轴连接；控制装置根据夹角θZ来控制井底钢丝绳移动装置的驱动电机、地面钢丝绳移动装置的驱动电机的运行状态，促使井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置运行同步。


3.根据权利要求2所述的同步移动的井筒巡检系统，其特征在于，所述井底钢丝绳移动装置、地面钢丝绳移动装置，均配置有导向机构；导向机构包括横向导向机构以及纵向导向机构；横向导向机构包括横向导向支架以及横向导向滚轮；横向导向支架一端与外壳连接，另一端则与横向导向滚轮连接，横向导向滚轮的轴向与移动滚轮所在的滚动面相平行；纵向导向机构包括纵向导向支架以及纵向导向滚轮；纵向导向支架一端与外壳连接，另一端则与纵向导向滚轮连接，纵向导向滚轮的轴向与移动滚轮所在的滚动面相垂直；
主动滚轮在驱动电机的动力驱动下，配合横向导向机构、纵向导向机构的定位和导向，能够带动各从动滚轮始终沿着钢丝绳移动轨道移动。


4.根据权利要求3所述的同步移动的井筒巡检系统，其特征在于，所述轨道本体上还包括横向导向面以及纵向导向面；滚动面的一侧设置有与滚动面相垂直的纵向导向面，另一侧则设置有在转折位置处贯通的L形凹槽，该L形凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐超权，周公博，汤洪伟，何贞志，张岗，李伟，江帆，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32