一种天然气田酸气管道隧道巡检机器人

技术领域

本发明属于工程检测技术领域，具体涉及一种天然气田酸气管道隧道巡检机器人。

背景技术

天然气田，简称气田，是富含天然气的地域。通常，有机物埋藏在1千至6千米深，温度在65至150摄氏度，会产生石油，而埋藏更深、温度更高的会产生天然气。天然气田的开采过程中会设有输送管路，其中就包括有酸气管道。酸气管道存在部分腐蚀，加之受当地地貌的影响酸气管道修建在丘陵或山地上，特别是汛期很容易受到不可抗力的自然因素影响(如：滑坡、水毁等)，对酸气管线产生扭力或拉力，加大了酸气管线的安全风险。由于受到自然因素的影响，现在存在于隧道部分的管道出现隧道壁开裂渗水、基墩位移、管线位移等情况影响。为了保障管道的正常运行，须每月甚至每周对隧道全线巡检一次。

但是现在随着对隧道全程巡检工作的开展，发现有以下风险及难点：

1、大大加强了员工的劳动程度，每组巡线员工每天在丘陵或山地徒步平均在7km以上，使巡线员工疲劳度增加也增加了巡线员工受伤的风险。

2、隧道现状无通风设施，可能造成巡检员工缺氧，受到野外环境条件受限，且隧道长度都较长的影响，导致其难以实现长管空气呼吸器进行供氧。加之巡检隧道的巡线员工受到条件限制难以实现在隧道中更换气瓶，容易出现气瓶氧气不足情况出现，加大了巡线员工安全风险。

3、无照明设施光线不足加上巡线员工穿戴正压式空气呼吸器可能造成巡线人员摔伤撞伤等风险，同时也难以细致的查看酸气管道变化量及测量相关数据。

4、如果在巡线员工巡检时发生泄露，虽穿戴正压式空气呼吸器但是巡线员工暴露在高硫化氢环境中也有可能出现人员中毒的风险。

5、为了防止动物或非工作人员进入隧道，出入口使用的是老式铁皮门，未安装紧急逃生门，在出现异常情况下隧道中的巡线人员在开门时会消耗时间降低了逃生率。

6、巡线员工隧道巡检作业中所带工具仪表繁杂如(正压式空气呼吸器、防爆手电、检测仪、卷尺、记录仪、对讲机等)加大了巡检难度及疲劳度。

7、隧道中受到环境限制不能接受和发出信号，一旦出现异常情况很难通知隧道中巡检人员及时撤离或巡检人员及时向中控发出报警。

8、发生异常情况时需要相关人员进入隧道确认收集相关数据资料，由于人员的心理恐惧会导致相关信息及资料不准确不及时，暴露在有毒有害气体中可能导致人员中毒造成伤害。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种专用于检测输送腐蚀性气体的管道的自动巡检机器人，通过替代人工巡检具有更高的稳定性和安全性，成本较低。

本发明所采用的技术方案为：

第一方面，本发明公开一种天然气田酸气管道隧道巡检机器人，通过沿酸气管道布置的轨道行进并沿途对酸气管道进行检查，包括架体，所述架体上具有夹持在轨道上的行进机构，该行进机构有架体上设有的控制箱进行控制和提供电能；

架体上还设有与控制箱连接的升降机构，所述升降机构上具有随动升降的检视摄像头和四合一检测模块。

结合第一方面，本发明提供第一方面的第一种实施方式，所述升降机构内具有可释放的缆绳，升降机构下端具有升降架，所述检视摄像头和四合一检测模块设置在升降架上，所述升降架与缆绳连接并随缆绳进行释放。

结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第二种实施方式，所述架体包括相互平行且设置在轨道两侧的主板和副板，并在其间设有与主板和副板同时垂直连接的横板进行支撑；所述升降机构设置在主板一侧，所述控制箱设置在横板上。

结合第一方面的第二种实施方式，本发明提供第一方面的第三种实施方式，所述主板上设有安装板，所述安装板具有伸出端，所述升降机构设置在伸出端下部。

结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第四种实施方式，所述升降机构内具有至少两个用于释放和收缩缆绳的辊轴，并在升降机构外部设有与辊轴传动连接的升降电机。

结合第一方面及其第一方面的第一至四种实施方式，本发明提供第一方面的第五种实施方式，所述架体上还设有固定连接的环境摄像头，所述环境摄像头与检视摄像头均为红外摄像头，且均具有活动部可由控制箱控制调整视角。

结合第一方面及其第一方面的第一至四种实施方式，本发明提供第一方面的第六种实施方式，所述四合一检测模块具有四个进气端口，用于检测氧气、二氧化碳、硫化氢和可燃气体。

结合第一方面及其第一方面的第一至四种实施方式，本发明提供第一方面的第七种实施方式，所述行进机构包括设置在架体上的主动轮和限位轮，所述主动轮为承重轮；还包括设置在架体上的行进电机，所述行进电机与主动轮传动连接。

结合第一方面及其第一方面的第一至四种实施方式，本发明提供第一方面的第八种实施方式，所述控制箱内具有蓄电池和电路板，所述电路板上集成有处理器、存储器和无线通讯模块；所述轨道上等距间隔设有多个信号天线。

本发明的有益效果为：

本发明提供的自动巡检机器人能够减小了巡线员工的劳动强度，也减小了由于巡线员工疲劳造成人身伤害的风险，有效的避免了巡线员工每天进入隧道造成巡线员工发生窒息、摔伤、撞伤、逃生受阻、中毒等风险出现；且使用隧道智能巡检机器人备代替巡线员工，可以不用安装通风设施、照明设施、长管呼吸器等大量硬件设备设施从而可以有效的节约成本。

同时，由于是酸气管道的巡检机器人，通过两个红外摄像头不仅能够实时对一定范围内的环境进行视频监控，操作人员能够在终端设备上实时查看环境情况；同时通过设有的带有升降功能的摄像头和四合一检测模块能够对可能出现隐患的区域进行详细查看，且在降到一定高度时能够避免现有巡检设备的固定摄像头具有一定查看死角的问题，还能够将四合一检测模块靠近管道对应位置，从而提高检测准确性。

附图说明

图1是本发明整个机器人的右侧示意图；

图2是本发明整个机器人的俯视图；

图3是本发明整个机器人的左侧示意图；

图4是本发明整个机器人的右侧轴侧示意图；

图5是本发明整个机器人的底部第一轴侧示意图；

图6是本发明整个机器人的底部第二轴侧示意图；

图7是本发明整个机器人的升降机构下降时的侧视图；

图8是本发明整个机器人的升降机构下降时的轴侧示意图。

图中：1-架体，2-轨道，3-控制箱，4-环境摄像头，5-检视摄像头，6-行进电机，7-升降机构，8-限位轮，9-主动轮，10-升降电机，11-四合一检测模块，12-升降架，13-缆绳，14-安装板。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。

实施例1：

本实施例公开一种天然气田酸气管道隧道巡检机器人，该巡检机器人是通过沿酸气管道布置的轨道2行进并沿途对酸气管道进行检查。其中，酸气管道是一个天然气田的输气管道，该管道全线长105.59km(不含复线)，含5个阀室、11个跨越、7个隧道在247米至1036米之间，共计总长4754.49米。

整个管线较长，且根据实际管线的设置位置可安排人工巡检和机器巡检，尤其是人工难以达到的场地和隧道内，均会设置独立的轨道2，该轨道2沿管道设置，且间距在限定范围内。由于每个巡检机器人的续航时间一定，则在适合的位置会设置充电装置。每个巡检机器人具有无线充电功能或可打开的充电端口，由充电装置自动进行充电，同时也可以由人工进行电池更换。

需要说明的是，由于管线是户外设置，且中间存在隧道，则为了保持数据的传输稳定，会根据实际的网络覆盖情况在信号覆盖较弱的区域单独设置信号增强天线，在轨道2沿线形成稳定的信号覆盖。

考虑到设置成本，本实施例中的巡检机器人采用4G或5G通信模块，利用现有的信号覆盖网络实现数据传输，由于是视频数据实时传输，则采用常用的低功耗物联网技术无法满足数据传输所需带宽。

具体来说，本实施例中的巡检机器人如图1-8所示，包括架体1，所述架体1上具有夹持在轨道2上的行进机构，该行进机构有架体1上设有的控制箱3进行控制和提供电能；架体1上还设有与控制箱3连接的升降机构7，所述升降机构7上具有随动升降的检视摄像头5和四合一检测模块11。

其中，如图所示，整个架体1从侧面来看为一种门型结构，其中间具有凹槽，通过设有的轮体夹持在轨道2上。而整个轨道2具有周向四条槽，通过相对设置的两组轮体嵌入槽内进行滑动，从而提供限位和支撑效果。图中可以看到，行进机构包括设置在架体1上的主动轮9和限位轮8，主动轮9为承重轮；还包括设置在架体1上的行进电机6，行进电机6与主动轮9传动连接。架体1上还设有固定连接的环境摄像头4，所述环境摄像头4与检视摄像头5均为红外摄像头，且均具有活动部可由控制箱3控制调整视角。

具体来说，架体1包括相互平行且设置在轨道2两侧的主板和副板，并在其间设有与主板和副板同时垂直连接的横板进行支撑；升降机构7设置在主板一侧，控制箱3设置在横板上。主板上设有安装板14，所述安装板14具有伸出端，所述升降机构7设置在伸出端下部。主动轮9设置在上部的横板内侧，通过螺栓和轴承固定在主板和副板之间。本实施例具有两个主动轮9，其中一个或两个通过齿轮组与行进电机6传动连接。而限位轮8为单边固定方式固定在主板下侧，主要用于限位。由于控制箱3设置在横板上方，由于其具有的蓄电池重量较大，故这种布置方式具有较高的稳定性。

升降机构7内具有可释放的缆绳13，升降机构7下端具有升降架12，所述检视摄像头5和四合一检测模块11设置在升降架12上，四合一检测模块11具有四个进气端口，用于检测氧气、二氧化碳、硫化氢和可燃气体。

升降架12与缆绳13连接并随缆绳13进行释放。升降机构7内具有至少两个用于释放和收缩缆绳13的辊轴，并在升降机构7外部设有与辊轴传动连接的升降电机10。可以看到，与现有巡检机器人不同的是，由于管道具有多条，而轨道2只能设置在管道一侧，若固定式的转动全景摄像头在监测时明显存在死角，为了实现较好的观测角度，通过单独设有的可升降的检视摄像头5能够提供更多的视角范围。

而四合一检测模块11设置在升降架12上，能够配合检视摄像头5对局部区域进行详细检测。因为管道是户外设置，即使是存在泄漏的情况，也会很快散布在对应区域内，若四合一检测模块11也采用固定方式设置，其检测精度则会下降，不适用于这种开放环境的气体泄漏检测。而本实施例中通过环境摄像头4能够查看总体的管道情况，若出现异常，可移动至对应位置并释放升降架12，使得检视摄像头5能够移动至更靠近管道的位置进行查看，若泄漏位置在管道底部，环境摄像头4则无法看到，则具有升降效果的检视摄像头5能够捕捉对应位置的图像数据，并实时发送至巡检人员的终端设备中。且由于四合一检测模块11也靠近泄漏位置，则检测的数据也会更具有参考性，能够便于巡检人员确定泄漏情况并及时进行检修。

值得说明的是，整个巡检机器人的程序会预先设定，定期定速的巡视对应管道段，且本实施例中的两个摄像头具有多个探头结构，包括具有夜视、热红外成像和雷达扫描的功能。且该摄像头具有两个方向的转动座，能够进行一定范围内的动作，且环境摄像头4具有广角镜头，则能够覆盖到机器人所在位置的大部分视野。而检视摄像头5可具有高倍的变焦镜头和微距镜头，并具有防护罩，能够针对局部区域进行大范围的变焦动作，从而获取到更加清晰的图像数据。

控制箱3内具有大容量的蓄电池和电路板，所述电路板上集成有处理器、存储器和无线通讯模块；所述轨道2上等距间隔设有多个信号天线。而在控制箱3表面还可以设有太阳能电池板，通过太阳能蓄电控制模块对蓄电池进行充电，可增加巡航能力。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。