РОБОТ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ И СЛОЖНЫХ ИЗГИБНЫХ УЧАСТКОВ ТРУБ
ROBOT FOR TECHNICAL INSPECTION OF PIPELINES AND COMPLEX BENDING PIPE SECTIONS

Изобретение относится к области диагностики трубопроводов нефтегазовой и химической промышленности, и сферы ЖКХ и может найти применение при обследовании труднодоступных участков труб и труб любой конструкции без использования траншейного метода диагностических работ.
Известна самоходная видеоинспекция FWL-100, состоящая из самоходной тележки на колесной базе, имеющей четыре колеса вращения с шипами, на корпусе закреплен манипулятор, на котором расположена поворотная фронтальная видеокамера для передачи информации на пульт управления, а также диоды для освещения внутритрубной поверхности. Сигнал с пульта управления передается роботу, где сигнал обрабатывается и распределяется по периферийным устройствам, привод движения тележки осуществляется от электрического двигателя передающего крутящий момент колесам, видеоизображение передается на монитор системы по кабелю при помощи видеокамеры. Видеоинсцекция предназначена для проверки тепловых сетей, водопровода и канализации диаметром от 100 до 600 мм. Видеоинспекция представляет собой самоходное роботизированное устройство, основным элементом которого является видеокамера, помещенная в специальный защитный корпус (http://vistaros.ru/tovary/sistemy-teleinspektsii-truboprovodov/samohodnaya-teleinspektsiya/samohodriaya-videoinspektsiya-fwl-100.html).
Недостатками устройства являются ограниченные технологические возможности, обусловленные малой маневренностью при передвижении, вероятностью его опрокидывания на изгибных участках трубопровода, невозможностью передвижения на наклонных и поврежденных участках трубопровода, а также невозможностью измерения внутритрубного диаметра; высокая цена видеоинспекции.
Наиболее близким к предлагаемому роботу является робот для диагностики трубопроводов, содержащий самоходную тележку с несущей конструкцией, двигатели с опорными колесами, манипуляторы с двумя степенями свободы, видеокамеру, ультразвуковые и инфракрасные дальномеры, импульсный преобразователь напряжения, источник питания, материнскую плату, реализующую управление роботом, стойки с шарнирными механизмами, соединенные пружинами попарно между собой и крышку, на которой расположены маленькие колеса - прижимы для прижатия робота к поверхности трубы. Двигатели, ультразвуковые и инфракрасные дальномеры, импульсный преобразователь напряжения, источник питания, материнская плата расположены внутри несущей конструкции, а дальномеры и видеокамера передают информацию на материнскую плату, которая выполнена с возможностью передачи сигналов на манипулятор, видеокамеру и двигатели с опорными колесами (патент РФ №142123, МПК B25J 9/00).
Недостатками данного робота являются ограниченные технологические возможности, обусловленные невозможностью передвижения робота в сложных и ответвленных участках трубопроводов в связи с малой проходимостью тележки и низким сцеплением колес тележки с поверхностью трубопровода (вследствие отсутствия шипов); малой проходимостью в труднодоступных участках трубопроводов с физическим износом, осуществлением технического контроля трубопроводов ограниченного диаметра (так как стойки с шарнирным механизмом выдвигаются на определенную длину), а также невозможностью измерения внутритрубного диаметра, необходимого для определения изношенного участка трубы; сложность конструкции, обусловленная наличием зажимов.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым техническим решением, - несущее основание с опорными колесами, электродвигатели с колесами, видеокамера, светодиоды и расположенные в основании источник питания и материнская плата.
Задача изобретения - создание более простого робота с расширенными технологическими возможностями, способного осуществлять качественный технический контроль любых участков трубопроводов с выявлением повреждений любой сложности и измерением внутритрубного диаметра.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном роботе для технического контроля трубопроводов и сложных изгибных участков труб, содержащем несущее основание с опорными колесами, электродвигатели с колесами, видеокамеру, светодиоды и расположенные в основании источник питания и материнскую плату, несущее основание выполнено в виде замкнутого цилиндра, основания которого шарнирно соединены с опорными колесами, выполненными в виде полых полусфер вращения с шипами на наружной поверхности; в несущем основании размещен дополнительный электродвигатель с возможностью вращения вокруг оси основания, который соединен с обеих сторон посредством валов с электродвигателями с колесами, размещенными внутри полусфер вращения и находящимися в контакте с их внутренней поверхностью; внутри несущего основания также размещен процессор, соединенный с источником питания, с закрепленным на нем гироскопом на интернет передатчике, причем материнская плата закреплена на источнике питания, а видеокамера с расположенными на ней светодиодами и ИК датчиком закреплена на несущем основании.
Признаки заявляемого технического решения, являющиеся отличительными от прототипа, - несущее основание выполнено в виде замкнутого цилиндра, основания которого шарнирно соединены с опорными колесами, выполненными в виде полых полусфер вращения с шипами на наружной поверхности; в несущем основании размещен дополнительный электродвигатель с возможностью вращения вокруг оси основания, который соединен с обеих сторон посредством валов с электродвигателями с колесами, размещенными внутри полусфер вращения и находящимися в контакте с их внутренней поверхностью; внутри несущего основания также размещен процессор, соединенный с источником питания, с закрепленным на нем гироскопом на интернет передатчике, причем материнская плата закреплена на источнике питания, а видеокамера с расположенными на ней светодиодами и ИК датчиком закреплена на несущем основании.
На фиг. 1 представлен робот в разрезе (вид сверху), на фиг. 2 - вид спереди, на фиг. 3 - общий вид робота (3D модель).
Робот для технического контроля трубопроводов состоит из цилиндрического несущего основания 1, которое шарнирно соединено с полыми полусферами вращения 2, выполняющими функцию опорных колес. Внутри несущего основания 1 закреплен (например, шарнирно) электродвигатель 3 с возможностью вращения вокруг оси основания 1; на электродвигатель 3 шарнирно с двух сторон крепятся валы 4, соединенные с электродвигателями 5 с колесами 6 вращения, которые размещены внутри полусфер вращения 2 и находятся в контакте с внутренней поверхностью полусфер 2. Внутри несущего основания 1 также размещен источник питания 7 (например, аккумуляторная батарея) с закрепленной на нем материнской платой 8, установлен гироскоп 9, находящийся на интернет передатчике 10, который закреплен на процессоре 11, соединенном с источником питания 7. На несущем основании 1 закреплена видеокамера 12 с расположенными на ней светодиодами 13 и ИК датчиком 14. На наружной поверхности полусфер вращения 2 для обеспечения высокого сцепления с внутритрубной поверхностью выполнены расположенные в несколько рядов резиновые шипы 15.
Выполнение опорных колес в виде полусфер вращения придает роботу форму эллипса, что позволяет ему двигаться по трубопроводам без переворотов и, таким образом, позволяет осуществлять технический контроль труб любой конструкции и сложных изгибных участков, например наклонных трубопроводов. Выполнение резиновых шипов на наружной поверхности полусфер вращения позволяет передвигаться роботу по труднопроходимым участкам. Расположенный на цилиндрическом основании ИК датчик дает возможность замерять внутритрубный диаметр с целью своевременного ремонта поврежденного участка трубы либо его замены.
Робот осуществляет свою работу следующим образом.
С пульта управления ЭВМ на сервер (на фиг. не показаны) подается сигнал, который считывается интернет-передатчиком 10 робота, питаемым источником питания 7, который затем передается на процессор 11. С процессора 11 сигнал поступает на материнскую плату 8, с которой сигналы поступают на электродвигатели 3 и 5. Получив сигнал, электродвигатели 5 создают крутящий момент на своих валах, приводя во вращение колеса 6, которые, находясь в контакте с поверхностью полусфер 2, приводят их во вращение. Электродвигатель 3, получив сигнал от материнской платы 8, начинает вращать валы 4, при этом цилиндрическое основание 1 поворачивается вокруг своей оси на тот угол, который был отправлен в сигнале. Возможность поворота основания вокруг своей оси обеспечивает видеосъемку необходимого участка трубы. Видеокамера 12, закрепленная на основании 1, передает информацию о состоянии внутренней поверхности трубопровода на процессор 11, который в свою очередь отправляет эту информацию на сервер.
Инфракрасный датчик 14 по запросу измеряет внутритрубный диаметр и передает результаты измерений на процессор 11, который отправляет сигнал на сервер. Измерение внутритрубного диаметра необходимо для своевременного принятия решения о ремонте поврежденной трубы или ее замене.
Во время движения робота гироскоп 9 реагирует на изменение траектории его движения и передает сигналы процессору 11 для обработки и дальнейшей их передачи электродвигателям 5. Электродвигатели 5, получив сигнал, распределяют крутящий момент на валах таким образом, чтобы робот двигался по заданной траектории без опрокидывания конструкции.
Предлагаемый робот в отличие от робота по прототипу является более мобильным и надежным в работе, он свободно передвигается в сложных и ответвленных участках трубопроводов, в труднодоступных участках трубопроводов с физическим износом, что позволяет осуществлять качественную диагностику трубопроводов и существенно сократить затраты времени на обнаружение дефектов или поломки трубопроводов. С его помощью можно осуществлять диагностику труб любого диаметра.