本實用新型屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種缺陷檢測機器人，具體涉及一種基于超聲波的全方位缺陷檢測機器人。

背景技術(shù)：

表面缺陷一般是金屬表面局部物理或化學(xué)性質(zhì)不均勻的區(qū)域，表面缺陷是原子活性較高的部位，常常成為金屬腐蝕的始發(fā)位置，會嚴重影響產(chǎn)品的使用性能。以儲罐為例，儲罐是儲裝原油、中間油、成品油等易燃易爆、揮發(fā)性及有毒介質(zhì)的重要工具，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國防、石油、石化等行業(yè)。由于儲罐長年在自然環(huán)境條件下運行，儲罐罐底不可避免的出現(xiàn)老化、腐蝕等缺陷，因此極易引起介質(zhì)泄露，導(dǎo)致環(huán)境污染，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。因此，表面缺陷檢測研究十分重要，具有廣泛的社會價值和經(jīng)濟價值。

缺陷檢測通常是指對物品表面缺陷的檢測。目前，國內(nèi)中厚鋼板廠多采用手動探傷方法，手動探傷具有投資低、使用靈活等優(yōu)點，但手動探傷存在著探傷速度慢、探傷時間長、生產(chǎn)效率低、勞動強度大、占用生產(chǎn)場地多等缺點，并易造成漏探和誤探，難以確保缺陷檢測的準確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的旨在針對手動探傷缺陷檢測存在的效率低、準確性差等技術(shù)問題，提供了一種基于超聲波的用于大容積平底容器底板缺陷全方位檢測的機器人，能夠全向運動，實現(xiàn)對產(chǎn)品缺陷的全方位自動檢測，提高檢測效率和檢測精度。

本實用新型為達到上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。

本實用新型提供了一種基于超聲波的用于大容積平底容器底板缺陷全方位檢測的機器人，包括機身，安裝在機身下方的行走裝置以及安裝在機身一端部的檢測裝置；行走裝置由安裝在機身上的四個獨立運動的麥克納姆輪機構(gòu)構(gòu)成，通過機身帶動檢測裝置在水平面平移、斜行、旋轉(zhuǎn)運動或者三種運動方式至少兩種方式的組合運動；檢測裝置主要由超聲波探頭和超聲波探頭調(diào)節(jié)機構(gòu)組成；超聲波探頭調(diào)節(jié)機構(gòu)包括帶動超聲波探頭沿水平方向左右移動的第一調(diào)節(jié)機構(gòu)和調(diào)節(jié)超聲波探頭高度使超聲波探頭與被檢測容器底板表面貼合進行檢測的第二調(diào)節(jié)機構(gòu)。

上述基于超聲波的用于大容積平底容器底板缺陷全方位檢測的機器人，機身為矩形車架，四個獨立運動的麥克納姆輪機構(gòu)對稱安裝在機身的兩側(cè)。麥克納姆輪機構(gòu)由麥克納姆輪、步進電機和減速器構(gòu)成，步進電機的輸出端與減速器輸入端連接，減速器的輸出端通過聯(lián)軸器與麥克納姆輪連接。在這里，可以通過單片機來控制步進電機的啟停。麥克納姆輪包括一個機輪以及位于機輪周邊的多個輪軸，可以在不改變機輪自身方向的情況下，實現(xiàn)在任一方向上的自由移動，四個麥克納姆輪進行組合，可以更靈活方便的實現(xiàn)全方位移動功能，包括前行、橫移、斜行、旋轉(zhuǎn)及其組合燈運動方式?？梢酝ㄟ^單片機來實現(xiàn)對每個麥克納姆輪運動方向的控制。

上述基于超聲波的用于大容積平底容器底板缺陷全方位檢測的機器人，第一調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由安裝在機身上的第一傳動組件和用于安裝第二調(diào)節(jié)機構(gòu)的第一連接板構(gòu)成；第二調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由安裝在第一連接板上的第二傳動組件和用于安裝超聲波探頭的安裝組件構(gòu)成。

第一傳動組件包括安裝在機身端部兩側(cè)的第一電機和第二電機、與第一電機和第二電機同軸連接的第一帶輪和第二帶輪、套接在第一帶輪和第二帶輪上的同步帶、與同步帶平行的第一導(dǎo)軌以及與第一導(dǎo)軌構(gòu)成滑動副的第一滑塊；第一滑塊通過對接的第一同步帶壓板和第二同步帶壓板固定在同步帶上；工作時，由第一帶輪和第二帶輪驅(qū)動，同步帶帶動第一滑塊沿第一導(dǎo)軌往復(fù)移動；第一連接板固定安裝在第一滑塊上。第一傳動組件的作用在于帶動安裝探頭的第二調(diào)節(jié)機構(gòu)沿某一方向的往復(fù)移動，目前有多種驅(qū)動機構(gòu)可以達到上述功能，例如滾珠絲桿螺母傳動機構(gòu)、往復(fù)氣缸傳動機構(gòu)等。本實用新型提供的機器人體積比較小，而且主要用于微小缺陷位置的檢測，需要對探頭的移動實現(xiàn)精確控制；本實用新型采用的上述第一傳動組件中，主要由電機、帶輪、同步帶構(gòu)成的同步傳動結(jié)構(gòu)，元件少、構(gòu)造簡單，更適用于微/小型化機器人，電機能夠?qū)崿F(xiàn)對帶輪轉(zhuǎn)動的精確控制，從而實現(xiàn)對探頭移動的精確控制。

安裝組件第二傳動組件包括與第一連接板連接的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板、安裝在轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板上的第二導(dǎo)軌、與第二導(dǎo)軌構(gòu)成滑動副的第二滑塊以及彈簧；轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板可相對第一連接板轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)；超聲波探頭的安裝組件包固定支架、固定座和固定圓環(huán)；超聲波探頭安裝在固定座的安裝孔中，固定座安裝在固定圓環(huán)內(nèi)，固定圓環(huán)端面可轉(zhuǎn)動地連接在固定支架上，固定支架經(jīng)第二連接板固定安裝在第二滑塊上；彈簧一端固定于轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板，另一端固定于第二連接板，使超聲波探頭與被檢測容器底板表面貼合。第二傳動組件主要實現(xiàn)對超聲波探頭高度的調(diào)節(jié)，通過使轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板相對第一連接板的位置，可以實現(xiàn)對超聲波探頭初始安裝高度的調(diào)節(jié)，一種實現(xiàn)方式是使轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板一端與第一連接板底部通過調(diào)節(jié)螺釘連接，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板的兩側(cè)通過調(diào)節(jié)螺釘與安裝在第一連接板兩側(cè)的調(diào)節(jié)板連接，調(diào)節(jié)板上開設(shè)有方便調(diào)節(jié)螺釘滑行的弧形槽，松開底部和兩側(cè)的調(diào)節(jié)螺釘，使轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板相對于第一連接板底部調(diào)節(jié)螺釘旋轉(zhuǎn)，可以將超聲波探頭調(diào)節(jié)到合適位置再將調(diào)節(jié)螺釘擰緊，完成超聲波探頭初始位置的調(diào)節(jié)；安裝超聲波探頭的第二連接板與第二滑塊固定連接，并且第二連接板與轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板用彈簧連接，這樣可以根據(jù)被檢測容器底板位置的高低，實現(xiàn)對超聲波探頭高度的彈性調(diào)節(jié)，并確保超聲波探頭與被檢測容器底板表面緊密貼合。

上述基于超聲波的用于大容積平底容器底板缺陷全方位檢測的機器人，固定座上進一步安裝有水管，水管穿過固定座；工作時，水從固定座底部持續(xù)不斷流出不僅可以隔絕空氣，便于聲波進入被檢測容器底板表面，同時還能起到潤滑作用，使超聲波探頭能在被檢測容器底板表面運動通暢。

本實用新型進一步提供了一種使用上述機器人對大容積平底容器底板缺陷進行全方位檢測的方法包括如下步驟：

步驟1，控制機器人在被檢測容器底板上間斷行進，同時控制超聲波探頭沿位于機身端部橫向來回運動，對被檢測容器底板表面缺陷進行檢測；

步驟2，根據(jù)缺陷反饋信號判斷有無缺陷；若有缺陷且缺陷反饋信號高于設(shè)定值，記錄當前位置，然后機器人繼續(xù)前行；若有缺陷反饋信號不高于設(shè)定值時，進入步驟3；若沒有缺陷，機器人繼續(xù)前行；

步驟3，控制機器人繞缺陷轉(zhuǎn)動，繼續(xù)對缺陷進行檢測，尋找反饋信號強度最大位置，若此位置信號強度高于設(shè)定值，則記錄當前位置，若不高于設(shè)定值，則機器人繼續(xù)前行。

上述步驟1，本實用新型使用的控制系統(tǒng)為單片機，單片機可以通過通信電纜與機器人上的麥克納姆輪、步進電機、第一電機、第二電機實現(xiàn)通信，用于控制麥克納姆輪的方向以及步進電機、第一電機和第二電機的啟停；本實用新型采用檢測儀與超聲波探頭通過通信線纜實現(xiàn)通信，用于向超聲波探頭發(fā)送掃描信號、同時接收超聲波探頭反饋的缺陷信號并進行實時顯示；當然，可以通過無線技術(shù)來實現(xiàn)單片機與麥克納姆輪、電機的通信以及探頭與檢測儀的通信。通過單片機控制步進電機、第一電機和第二電機運轉(zhuǎn)，使機器人在被檢測容器底板上依次沿設(shè)定的線性軌跡行進，同時在同步帶帶動下，超聲波探頭沿第一導(dǎo)軌往復(fù)運動，對被檢測容器底板表面缺陷進行檢測。本實用新型采用的是間斷前進/掃描的模式，即機器人每前行一段距離，便停下來，等待超聲波探頭沿第一導(dǎo)軌運動掃描(例如從左往右或是從右往左)，檢測有無缺陷，并根據(jù)步驟2給出的方法進行判斷，掃描完后，機器人繼續(xù)前行。

上述步驟2，超聲波探頭將缺陷信號反饋給檢測儀，檢測儀將接收的缺陷反饋信號與設(shè)定值進行比較，若缺陷反饋信號強度高于設(shè)定值，說明此處缺陷過高，需要進行修補，人工在被檢測容器底板表面記錄該位置；若缺陷反饋信號強度不高于設(shè)定值，可能此處缺陷不嚴重，不需要修補，也可能此處不是缺陷信號最強的位置，需要進一步檢查，這樣就可以避免因超聲波方向與缺陷方向不垂直導(dǎo)致的反饋信號強度低造成的漏檢。上述設(shè)定值是依據(jù)缺陷對被檢測容器底板應(yīng)用性能的影響而設(shè)定的極限值，可以是通過行業(yè)標準得到的經(jīng)驗值。

上述步驟3，機器人繞缺陷轉(zhuǎn)動的實現(xiàn)方式為，單片機控制第一電機和第二電機停止轉(zhuǎn)動機停止轉(zhuǎn)動，調(diào)整四個麥克納姆輪的運動方向使機器人繞缺陷轉(zhuǎn)動，繼續(xù)對缺陷進行檢測，尋找出缺陷反饋信號強度最大的位置，人工在被檢測容器底板表面記錄該位置；在轉(zhuǎn)動過程中，探頭在第一導(dǎo)軌上的相對位置不變；繞缺陷檢測完畢后，調(diào)整四個麥克納姆輪運動方向為沿直線運動，啟動第一電機和第二電機，繼續(xù)前行，返回步驟1。

當機器人在被檢測容器底板表面沿所有設(shè)定線性軌跡檢測完畢后，所有需要關(guān)注的缺陷均在被檢測容器底板表面標記出，方便工作人員對缺陷進行修補處理。

上述基于超聲波的全方位缺陷檢測機器人，可以實現(xiàn)對被檢測容器底板表面缺陷的位置檢測，特別適用于不方面人工直接進行檢測的區(qū)域，例如儲油罐底板；儲油罐比較高大，內(nèi)部光線很差，人工檢測十分不便，本實用新型提供的全方位缺陷檢測機器人，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，采用超聲波進行探測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：

一、行走裝置采用麥克納姆輪，能夠進行全方位運動，從而便于檢測裝置對被檢測容器底板的全方位缺陷位置檢測；

二、檢測裝置的第二調(diào)節(jié)機構(gòu)可以使超聲波探頭與被檢測容器底板表面貼緊，保證對被檢測容器底板的有效檢測；

三、從水管流出的水，不僅可以隔絕空氣，便于聲波進入被檢測容器底板表面，同時還能起到潤滑作用，使超聲波探頭能在被檢測容器底板表面運動通暢；

四、在檢測過程中，通過增加繞缺陷轉(zhuǎn)動重點檢測的形式，不錯過任何比設(shè)定值小的缺陷反饋信號，避免因超聲波方向與缺陷方向不垂直導(dǎo)致的反饋信號強度低造成的漏檢，提高檢測準確度；

五、利用機器人實現(xiàn)缺陷位置的全自動檢測，提高了缺陷檢測效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，以下描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。

圖1為本實用新型實施例的檢測機器人整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例的行走裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例的檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實用新型實施例的檢測裝置局部放大示意圖；

圖5為本實用新型實施例的探測機器人檢測狀態(tài)示意圖；

圖6為本實用新型實施例的缺陷檢測方法流程示意圖。

其中，1-行走裝置，11-步進電機，12-減速器，13-麥克納姆輪，14-聯(lián)軸器；

2-機身；

3-檢測裝置，31-第一電機架，32-第一電機，33-第一帶輪，34-同步帶，35-第一同步帶壓板，36-第二同步帶壓板，37-第二電機架，38-第二電機，39-第二帶輪，310-第一連接板，311-第二導(dǎo)軌，312-轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板，313-第二連接板，314-固定支架，315-超聲波探頭，316-水管，317-固定座，318-固定圓環(huán)，319-彈簧，320-第二滑塊，321-調(diào)節(jié)板，322-第一滑塊，323-第一導(dǎo)軌。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本實用新型各實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本實用新型所保護的范圍。

實施例1 基于超聲波的全方位缺陷檢測機器人

如圖1所示，本實施例提供的基于超聲波的用于大容積平底容器底板缺陷全方位檢測的機器人構(gòu)造部件包括機身2，安裝在機身2下方的行走裝置1以及安裝在機身2端部的檢測裝置3。

機身2為由四根安裝梁銜接而成的矩形車架，兩側(cè)為行走裝置安裝梁，前端為檢測裝置安裝梁，兩側(cè)安裝梁的中部跨接有中間梁。

如圖1及圖2所示，行走裝置1由安裝在機身上的四個獨立運動的麥克納姆輪機構(gòu)構(gòu)成。每個麥克納姆輪機構(gòu)由麥克納姆輪13、步進電機11和減速器12構(gòu)成，四個步進電機11和四個減速器12對稱安裝在機身2的兩側(cè)安裝梁上，且步進電機11的輸出端與減速器12輸入端連接，減速器12的輸出端通過聯(lián)軸器14與麥克納姆輪13連接。

檢測裝置3主要由超聲波探頭315和超聲波探頭調(diào)節(jié)機構(gòu)組成；超聲波探頭調(diào)節(jié)機構(gòu)包括帶動超聲波探頭315沿水平方向左右移動的第一調(diào)節(jié)機構(gòu)和調(diào)節(jié)超聲波探頭315高度使超聲波探頭與被檢測容器底板表面貼合進行檢測的第二調(diào)節(jié)機構(gòu)。

如圖3所示，第一調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由第一傳動組件和用于安裝第二調(diào)節(jié)機構(gòu)的第一連接板310構(gòu)成。第一傳動組件包括第一電機32、第二電機38、第一帶輪33、第二帶輪39、同步帶34、第一導(dǎo)軌323和第一滑塊322；第一電機32和第二電機38分別通過第一電機架31和第二電機架37安裝在機身2前端安裝梁上；第一帶輪33和第二帶輪39通過螺釘固定在第一電機32和第二電機38輸出軸，同步帶34緊套在第一帶輪33和第二帶輪39上；同步帶34從第一同步帶壓板35和第二同步帶壓板36之間穿過，并由第一同步帶壓板35和第二同步帶壓板36壓緊；第一導(dǎo)軌323和第一滑塊322構(gòu)成滑動副，第一滑塊通過螺釘與第一同步帶壓板35固定連接，第一導(dǎo)軌323安裝在機身2前端安裝梁的側(cè)面，且第一導(dǎo)軌323平行位于兩條同步帶34之間；第一連接板310固定安裝在第一滑塊322上。

如圖3及圖4所示，第二調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由安裝在第一連接板310上的第二傳動組件和用于安裝超聲波探頭315的安裝組件構(gòu)成。第二傳動組件包括轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板312、第二導(dǎo)軌311、第二滑塊320、第二連接板313和彈簧319；轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板312一端與第一連接板310底部通過調(diào)節(jié)螺釘連接，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板312的兩側(cè)通過調(diào)節(jié)螺釘與安裝在第一連接板310兩側(cè)的調(diào)節(jié)板321連接，調(diào)節(jié)板321上開設(shè)有方便調(diào)節(jié)螺釘滑行的弧形槽；第二導(dǎo)軌311與第二滑塊320構(gòu)成滑動副，第二導(dǎo)軌311安裝在轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板312上，第二連接板313固定于第二滑塊320上，可沿第二導(dǎo)軌311上下移動，便于調(diào)節(jié)超聲波探頭315高度；彈簧319一端固定于轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板312，另一端固定于第二連接板313；超聲波探頭315的安裝組件包固定支架314、固定座317和固定圓環(huán)318；超聲波探頭315和水管316安裝在固定座317的安裝孔中，固定座317安裝在固定圓環(huán)318內(nèi)，固定圓環(huán)318端面可轉(zhuǎn)動連接在固定支架314上，固定支架314固定于第二連接板313。

實施例2 對儲油罐底板進行缺陷位置檢測

以上為機器人的主要結(jié)構(gòu)，為了實現(xiàn)對缺陷位置的檢測，還需要配置與麥克納姆輪13、步進電機11、第一電機31、第二電機38和超聲波探頭315實現(xiàn)通信的單片機和用于檢測超聲波信號的檢測儀。本實施例使用的單片機為Arduino Mega2560，使用的檢測儀為SIUI CTS-9009。

本實施例提供的用于檢測儲油罐底板的缺陷檢測方法，使用實施例1中的機器人，將機器人放在儲油罐底板上，調(diào)整第一滑塊322至第一導(dǎo)軌323一側(cè)，調(diào)整轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)板312以及第二滑塊320在第二導(dǎo)軌311上的位置，使超聲波探頭315緊貼儲油罐底板，如圖6所示，檢測步驟如下：

步驟A，將啟動步進電機11、第一電機32和第二電機38，控制機器人在儲油罐底板上沿設(shè)定線性軌跡行進(如圖5所示)；

步驟B，通過單片機控制機器人間斷前行，并在機器人停止前進時，通過單片機控制第一電機32和第二電機38運轉(zhuǎn)，使超聲波探頭315沿第一導(dǎo)軌323移動，對機器人當前位置的儲油罐底板進行掃描，當有缺陷時進入步驟C，若沒有缺陷，返回步驟B；

步驟C，判斷缺陷反饋信號強度是否高于設(shè)定值，若是，記錄當前位置，然后返回步驟B；若不是，進入步驟D；

步驟D，通過單片機控制第一電機32、第二電機38停止運轉(zhuǎn)，同時調(diào)整麥克納姆輪13方向使機器人繞缺陷轉(zhuǎn)動，繼續(xù)對缺陷進行檢測，尋找反饋信號強度最大位置，判斷此位置信號強度是否高于設(shè)定值，若高于設(shè)定值，則記錄當前位置，然后將麥克納姆輪13調(diào)整至線性軌跡，返回步驟B；若不高于設(shè)定值，放棄此次檢測結(jié)果，將麥克納姆輪13調(diào)整至線性軌跡，返回步驟B。

重復(fù)上述步驟A-D，使機器人在儲油罐底板沿所有設(shè)定線性軌跡檢測完畢后，所有需要關(guān)注的缺陷均在被檢測容器底板表面標記出，方便工作人員對缺陷進行修補處理。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里的實施例是為了幫助讀者理解本實用新型的原理，應(yīng)被理解為本實用新型的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實用新型實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實用新型的保護范圍內(nèi)。