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专利名称：细小管道管壁缺陷探测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型的管道探测装置，特别是涉及一种特种机器人爬行器。它是一种能够在细小工业管道内快速、连续行走的爬行装置，以其作为载体，携带CCD摄像机可用于探测细小工业管道的管壁缺陷。
目前，在核工业、石油化工业、制冷等行业中，大量使用着不同类型的细小金属管道。因受恶劣作业环境(核辐射、易燃易爆、有毒物品)等因素的影响，长期工作后会出现腐蚀、积垢和损伤，导致裂纹的出现而酿成事故。但因作业空间狭小检测维修作业十分困难。因此，迫切需要研制开发一种小尺寸的管内作业机器人来解决细小管道内自动检测管壁缺陷和维护等棘手问题。
本实用新型的目的在于提供一种新型的特种机器人爬行器，搭载小型CCD摄像头，组成管道管壁缺陷探测装置，实现细小管道内的自动检测。
国内外微机械技术的快速发展，为开展微机器人的研究奠定了一定的基础，日本通产省在1991年制定了“微机械技术研究十年计划”，在其重点开发的研究方向中，就有一项管道检测用微小机器人系统。美国一家技术公司研制出能在2英寸管道内移动探测的轮式探测器。日本OMRON公司、东芝公司、东京工业大学相继在实验室中研制出管径在1英寸左右的管道内机器人移动机构。尽管这类细小管道内移动检测机器人在国内外开发研究多年，但由于难度大，技术要求高，使得细小管道内的移动检测机器人还处于实验室研究阶段。
特种机器人爬行器是微型管道机器人的重要组成部分，它是携带探测器的载体，也是影响微型管道机器人实用化进程的重要因素之一。日本东京工业大学研制的电机外置式微小螺旋移动装置，速度较快，但管外辅助装置复杂；日本东京工业大学研制的气压蠕动式爬行装置，速度较慢，控制系统较为复杂，难以实现精确控制；国内先后报道过几种管内移动机构的研制消息，这标志着我国微机器人的发展有了一个良好的开端。但目前距离实用化还有很大的差距。
本实用新型提出的特种机器人爬行器采用双膜片压电驱动模式，它具有膜片变形量大，搭载能力大，功耗低，移动速度大，对管径变化和弯曲管道有一定的适应能力，克服了现有技术的不足，用其搭载小型CCD摄像机构成的光学探测装置的信号稳定和质量可靠。
本实用新型的技术方案由特种机器人爬行器、探测器、CCD视频传输接口、监视器和电源控制器组成细小管道管壁缺陷探测装置。其中特种机器人爬行器由压电驱动机构(包括双晶薄膜压电片6、扁形压盖5和扁形隔圈7)、运动牵引机构(包括配重体17、心杆16、套圈15、内隔圈14和螺母13)、弹性姿态保持机构(前后两组弹性爪9和扁形夹箍8)三部分构成。双晶薄膜压电片6(简称双膜片6)安装在扁形压盖5和扁形隔圈7之间，前后两组弹性爪9分别压入扁形压盖5相应的连接槽中，利用扁形夹箍8压紧。心杆16穿过双膜片6的中心孔与配重体17螺纹连接，采用套圈15和内隔圈14固定心杆16的工作位置和姿态，用螺母13压紧固定，不留间隙。前后两组弹性爪9以一定的预紧力紧贴管壁，使整个装置保持正确的运动姿态。探测器由照明器1、CCD摄像头2和支撑组件3组成，通过弹性连接板4与爬行器柔性连接。
特种机器人爬行器的工作原理在于利用双膜片6的压电逆效应引发弹性基片弯曲变形，驱动心杆16相对外缘产生轴向振动，促使配重体17产生惯性冲击力，在与前后两组弹性爪9和管壁间摩擦力的相互作用下，推动爬行器沿着管壁移动，同时推动与之相连的探测器同步移动。移动速度和方向由管外电源控制器12控制(控制输入电压的波形和频率)。爬行器与探测器采用柔性连接，目的是使管道内的探测器能在弯曲管道内运行，前后两组弹性爪9能适应管径的渐进变化。大视场的小型CCD摄像头2在照明器1照明下探测到的管壁信息，通过CCD视频传输接口10直接显示在监视器11的屏幕上，实时探测管道管壁缺陷。
本实用新型的效果在于将细小工业管道内机器人移动检测的技术水平提高了一步。使机器人携带着较重的载荷，以较快的速度在细小管道内连续运行，适应一定曲率的弯曲管道和管径变化。装备小型CCD摄像头等传感器件，构成可实用的细小管道内自动检测机器人系统，可在核工业、石油化工业、制冷等行业中替代人工对细小金属管道内的腐蚀、积垢、机械损伤或裂纹等缺陷实现自动检测，改善劳动条件，提高检测效率。


图1为本实用新型细小管道管壁缺陷探测装置的技术方案图。
图2为本实用新型的一个实施例的结构示意图。
图3为双晶薄膜压电片(双膜片)弯曲变形示意图。
以下结合附图和本实用新型的实施例，对本实用新型作进一步的说明。
如图1、图2、图3所示，在管道内径为Φ20mm的工业管道中运行的管壁缺陷探测装置，其特种机器人爬行器由压电驱动机构(包括双晶薄膜压电片6、扁形压盖5和扁形隔圈7)、运动牵引机构(包括配重体17、心杆16、套圈15、内隔圈14和螺母13)、弹性姿态保持机构(前后两组弹性爪9和扁形夹箍8)三部分构成。双晶薄膜压电片6(简称双膜片6)安装在扁形压盖5和扁形隔圈7之间，前后两组弹性爪9分别压入扁形压盖5相应的连接槽中，利用扁形夹箍8压紧。心杆16穿过双膜片6的中心孔与配重体17螺纹连接，采用套圈15和内隔圈14固定心杆16的工作位置和姿态，用螺母13压紧固定，不留间隙。前后两组弹性爪9以一定的预紧力紧贴管壁，使整个装置保持正确的运动姿态。探测器由照明器1、CCD摄像头2和支撑组件3组成，通过弹性连接板4与爬行器柔性连接。
特种机器人爬行器的工作原理在于利用双膜片6的压电逆效应引发弹性基片弯曲变形，驱动心杆16相对外缘产生轴向振动，促使配重体17产生惯性冲击力，在与前后两组弹性爪9和管壁间摩擦力的相互作用下，推动爬行器沿着管壁移动，同时推动与之相连的探测器同步移动，移动速度达到10-20mm/s，速度和方向由管外电源控制器12控制(控制输入电压的波形和频率)。爬行器与探测器采用柔性连接，目的是使管道内的探测器能在弯曲管道内运行，前后两组弹性爪9能适应管径的渐进变化。
权利要求1．一种由特种机器人爬行器、探测器、CCD视频传输接口、监视器和电源控制器组成的细小管道管壁缺陷探测装置，其特征在于所述的特种机器人爬行器由压电驱动机构(包括双晶薄膜压电片6、扁形压盖5和扁形隔圈7)、运动牵引机构(包括配重体17、心杆16、套圈15、内隔圈14和螺母13)、弹性姿态保持机构(前后两组弹性爪9和扁形夹箍8)三部分构成，双晶薄膜压电片6(简称双膜片6)安装在扁形压盖5和扁形隔圈7之间，前后两组弹性爪9分别压入扁形压盖5相应的连接槽中，利用扁形夹箍8压紧固定，心杆16穿过双膜片6的中心孔与配重体17螺纹连接，采用套圈15和内隔圈14固定心杆16的工作位置和姿态，用螺母13压紧固定，前后两组弹性爪9紧贴管壁，所述的探测器由照明器1、CCD摄像头2和支撑组件3组成，通过弹性连接板4与爬行器柔性连接。
专利摘要本实用新型提供了一种细小管道管壁缺陷探测装置。它由特种机器人爬行器、探测器、CCD视频传输接口、监视器和电源控制器组成。其特种机器人爬行器推动小型CCD摄像工作装置在细小管道中快速、平稳的移动,运行速度和方向由管道外的控制器实施控制,CCD摄像头探测到的管壁信息通过CCD视频传输接口,直接显示在监视器的屏幕上,实现对管道管壁缺陷的探测。可应用于微小工业管道中腐蚀、裂纹或积垢等缺陷的自动检测。
文档编号G01N21/88GK2453434SQ0025955
公开日2001年10月10日 申请日期2000年12月11日 优先权日2000年12月11日
发明者孙麟治, 孙萍, 章亚男, 陆林海, 秦新捷, 龚振邦 申请人:上海大学