一种工业视觉检测机器人制造技术

本发明专利技术属于新建油气管道内检测领域，具体涉及一种工业视觉检测机器人，由夹具、机械臂、底盘、控制箱四部分模块组成，底盘模块由麦克纳姆轮、底板、减速电机、减速电机支架组成，机械臂模块由舵机、舵机支撑板、齿轮、轴承、摆臂、摆臂支撑板组成，夹具模块由齿轮、连杆、夹头、舵机、摆臂、摆臂支撑板组成。本发明专利技术设计的可拆卸夹具的夹头部分具有夹取重物的能力，通过夹具可以对一些干扰物进行夹取。同时底盘处四周安装有超声传感器，使得工业机器人能够灵敏地避开障碍物。针对检测探头能够检测管道整个周向部位的问题，本发明专利技术设计的多自由度机械臂以及多自由度底盘可以解决。及多自由度底盘可以解决。及多自由度底盘可以解决。

【技术实现步骤摘要】
一种工业视觉检测机器人

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[0001]本专利技术属于新建油气管道内检测领域，具体涉及一种新建石油管道内检测的工业视觉检测机器人。

技术介绍
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[0002]在石油管道领域，随着我国经济的快速发展，油气能源的需要越来越多，同时，较早投入使用的管道服役时间超20年，需要进行新老管道替换，国家需要投产更多油气管道。在安全方面，管道一旦发生事故也往往会对工作人员及周边群众造成严重的人身财产安全威胁。新建管道在投入使用前需要进行质量检测，如果刚出产的管道存在裂纹以及焊缝处存在夹渣或气泡会严重影响管道的使用寿命，给管道造成重大安全隐患。油气管道内检测由于能够定量定性并且精确确定管道的缺陷情况，作为重要的检测技术，被广泛用于管道检测中。目前，我国对新建管道进行内检测使用的是智能PIG，然而新建管道没有介质推动PIG检测器进行移动，需要人工对PIG检测器进行“拖拉”，这么庞大的设备在管道内被人工拖拉移动，会对管道造成潜在的危害，不符合无损检测的原则，同时需要耗费较大的人力物力，造成资源浪费。因此，目前情形下，我国急需一种可以自主检测的智能检测机器人，并能够在新建管道内部复杂的环境下准确检测出管道内部微小的缺陷。

技术实现思路
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[0003]专利技术目的：
[0004]本专利技术旨在提出一种工业视觉检测机器人，用于在新建管道环境中进行在线无损检测。
[0005]技术方案：
[0006]一种工业视觉检测机器人，其特征在于：该工业视觉检测机器人由夹具、机械臂、底盘、控制箱四部分组成；其中夹具底部与机械臂的顶部连接，机械臂下半部通过转盘与底盘连接，控制箱安装在底盘上。
[0007]所述夹具的底部通过安装扣与机械臂连接，安装扣通过螺栓固定在摆臂支撑板一上、第一舵机通过圆形铜柱和螺钉连接在摆臂支撑板一上，摆臂一、摆臂二分别通过齿轮连接件和螺栓连接在摆臂支撑板一上，第一舵机输出的力矩通过齿轮啮合传递给摆臂一；摆臂一通过齿轮啮合带动摆臂二进行摆动；连杆一和连杆二的一端分别连接夹头一和夹头二，另一端连接在摆臂支撑板一上，夹头一和夹头二的末端分别连接摆臂一和摆臂二，摆臂和夹头的首端均设有排线孔；摆臂、连杆、夹头共同构成曲柄摇杆机构。
[0008]所述机械臂的顶部通过直角支架与夹具连接，下半部通过转盘与底盘连接；直角支架通过螺栓连接在舵机支撑板上，小U型支架的一端通过齿轮连接件与第二舵机的输出轴配合连接，另一端通过杯状轴承与舵机支撑板配合连接，舵机支撑板通过螺栓连接并固定第二舵机，机械臂下半部分的第四舵机与转盘通过舵机支撑板连接；大U型支架的一端通过齿轮连接件与第四舵机输出轴的配合连接，另一端通过杯状轴承与舵机支撑板配合连
接；摆臂支撑板二连接摆臂和大U型支架，第三舵机与摆臂支撑板二通过螺钉和圆形铜柱配合连接，摆臂四通过齿轮连接件与第三舵机输出轴配合，摆臂三通过螺栓和套筒与摆臂支撑板二连接；第三舵机带动摆臂四，摆臂四通过齿轮啮合带动摆臂三摆动，摆臂的首端设有排线孔；摆臂支撑板二、大U型支架和小U型支架通过螺栓装配连接。
[0009]所述转盘通过四个长六角铜柱与机器人底盘的底板连接，与圆盘二连接的齿轮连接件与第五舵机的输出轴配合，轴承的外圈安装在圆环一和圆环二之间，为过盈配合，圆盘一、轴承的内圈、圆盘二通过螺栓连接；机械臂上半部分的第四舵机和转盘通过舵机支撑板二与圆盘一配合连接。
[0010]所述控制箱安装在底盘的底板中后方，超声传感器为若干个，环绕底板安装，底板前端的正下方安装有摄像机；四个麦克纳姆轮子分别与各自的减速电机通过联轴器连接，减速电机通过减速电机支架连接在底板的底部。
[0011]所述控制箱由电机控制模块、摄像机控制模块，超声传感器控制模块组成；其中电机控制模块与舵机和减速电机连接，摄像机控制模块与摄像机连接，超声传感器控制模块与超声传感器连接。
[0012]摆臂的末端均安装有摄像机支架和摄像机；所述摄像机由镜头和补光灯组成，摄像机焦距为4mm，像素200万，防水等级IP67以上，监控范围为40～80m2，工作温度为
‑
30
°
～60
°
，工作频率50Hz下的帧率为25fps，补光距离为30m。
[0013]控制箱控制各个减速电机的转动，控制各个部分的舵机运转，通过串口接收摄像机采集到的图片信息，并同时运行缺陷检测程序，通过检测算法检测出结果，储存结果，并将结果通过wifi天线发送给工作人员；超声传感器将检测到的距离信号传输到控制箱中，控制箱根据设置好的距离阈值判断距离信号是否小于阈值，当小于阈值时，控制相应的减速电机调整机器人底盘运动，从而避开障碍物，同时利用wifi模块发送报警信号给工作人员；当机器人遇到非常复杂的环境无法自动调整时，通过人工在线遥控避开障碍物，工作人员通过电脑端使用wifi通讯方式遥控机器人的运动。
[0014]优点及效果：
[0015]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0016]1)在石油管道内检测领域，工业检测机器人能够完整地检测新建管道内壁缺陷，将检测结果存储在内存模块中，同时，实时地将检测结果传给工作人员，当检测到缺陷时，工业检测机器人会发出报警信号，工作人员通过机器人的行程轨迹进行管道内壁缺陷定位。
[0017]2)工业检测机器人底盘四周安装有高精度超声传感器，能够灵敏地避开障碍物，同时可拆卸的夹具可用于夹取障碍物。工业检测机器人车轮采用麦克纳姆轮子的设计原理，通过四个电机控制能够实现全方位移动，结合多自由度机械臂，工业检测机器人能够在复杂的环境下进行检测。
[0018]3)针对工业机器人的灵活性问题，本专利技术在机械臂结构、夹具结构、底盘结构采用了多自由控制，实现检测器探头的运动轨迹能够覆盖整个空间。转盘带动整个机械臂实现xy平面上180
°
范围的旋转，舵机通过齿轮啮合控制局部机械臂实现xz平面和yz平面上180
°
范围的摆动。运用曲柄摇杆的设计原理实现夹头在xz面上进行60
°
范围的摆动。
[0019]4)为了保证检测精度，本专利技术采用工业型防水摄像机。
附图说明：
[0020]图1是本专利技术工业视觉检测机器人的整体结构图；
[0021]图2是本专利技术工业视觉检测机器人夹具部分的结构图；
[0022]图3是本专利技术工业视觉检测机器人机械臂部分的结构图；
[0023]图4是本专利技术工业视觉检测机器人底盘部分的结构图；
[0024]图5是本专利技术工业视觉检测机器人底盘处转盘的结构图；
[0025]图6是本专利技术摄像机结构图；
[0026]图7是本专利技术麦克纳姆轮结构图；
[0027]图8是本专利技术麦克纳姆轮的安装位置示意图；
[0028]图9是本专利技术摄像机的支架结构图；
[0029]图10是本专利技术机器人控制系统图；
[0030]图11是本专利技术机器人在新建石油管道内检测的工作示意图；
[0031]附图标记说明：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业视觉检测机器人，其特征在于：该工业视觉检测机器人由夹具(100)、机械臂(200)、底盘(300)、控制箱(400)四部分组成；其中夹具(100)底部与机械臂(200)的顶部连接，机械臂(200)下半部通过转盘(210)与底盘(300)连接，控制箱(400)安装在底盘(300)上。2.根据权利要求1所述的一种工业视觉检测机器人，其特征在于：所述夹具(100)的底部通过安装扣(101)与机械臂(200)连接，安装扣(101)通过螺栓固定在摆臂支撑板一(108)上、第一舵机(109)通过圆形铜柱(112)和螺钉连接在摆臂支撑板一(108)上，摆臂一(102)、摆臂二(103)分别通过齿轮连接件和螺栓连接在摆臂支撑板一(108)上，第一舵机(109)输出的力矩通过齿轮啮合传递给摆臂一(102)；摆臂一(102)通过齿轮啮合带动摆臂二(103)进行摆动；连杆一(104)和连杆二(105)的一端分别连接夹头一(106)和夹头二(107)，另一端连接在摆臂支撑板一(108)上，夹头一(106)和夹头二(107)的末端分别连接摆臂一(102)和摆臂二(103)，摆臂和夹头的首端均设有排线孔(110)；摆臂、连杆、夹头共同构成曲柄摇杆机构。3.根据权利要求1所述的一种工业视觉检测机器人，其特征在于：所述机械臂(200)的顶部通过直角支架(201)与夹具(100)连接，下半部通过转盘(210)与底盘(300)连接；直角支架(201)通过螺栓连接在舵机支撑板(209)上，小U型支架(203)的一端通过齿轮连接件与第二舵机(202)的输出轴配合连接，另一端通过杯状轴承与舵机支撑板(209)配合连接，舵机支撑板(209)通过螺栓连接并固定第二舵机(202)，机械臂(200)下半部分的第四舵机(208)与转盘(210)通过舵机支撑板(209)连接；大U型支架(205)的一端通过齿轮连接件与第四舵机(208)输出轴的配合连接，另一端通过杯状轴承与舵机支撑板(209)配合连接；摆臂支撑板二(220)连接摆臂和大U型支架(205)，第三舵机(204)与摆臂支撑板二(220)通过螺钉和圆形铜柱(112)配合连接，摆臂四(207)通过齿轮连接件与第三舵机(204)输出轴配合，摆臂三(206)通过螺栓和套筒与摆臂支撑板二(220)连接；第三舵机(204)带动摆臂四(207)，摆臂四(207)通过齿轮啮合带动摆臂三(206)摆动，摆臂的首端设有排线孔(110)；摆臂支撑板二(220)、大U型支架(205)和小U型支架(203)通过螺栓装配连接。4.根据权利要求3所述的一种工业视觉检测机器人，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐亮，刘斌，任建，何璐瑶，杜兵，杨井凡，马浩宁，张松，许光达，解社娟，张琳琦，刘训佶，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：