本發明涉及一種井架巡檢設備，具體是一種井架缺陷巡檢機器人。

背景技術：

井架是冶金采礦、采煤，石油鉆探等提升設備的重要組成部分。井架實際工作中，在工作提升載荷、脈動風載荷等多種因素的影響下，使得井架產生平面及高程方向三維擺動變形。當變形超過一定限值，會嚴重影響安全生產，成為工作過程中最危險的安全隱患。為此，必須掌握井架的動態變形，以便采取相應的安全預警措施。井架斜撐基礎地層自上而下分別為填土、黃土狀粉質粘土、粘土、殘積土。該層物質成分復雜,沒經過必要的壓實處理,所以質地松軟、承載能力較低。因此,壓縮變形大,一旦斜腿基礎加載后或地表水位受采動影響而下降,就可能引起斜排基礎較大的沉降。井架立架基礎直接座落在基巖上的混凝土井壁上,因而，其沉降量可以忽略不計,這樣可能引起整個井架向斜撐方向傾斜。在正常情況下,井架是足夠安全、穩定的。但是,如果使用操作不當或因其它原因,井架也可能發生彎曲變形。井架彎曲變形后,其總體穩定性和承載能力將大大降低。所以,一旦出現這種情況,重新對彎曲變形后的井架進行穩定校核和正確地計算出該井架的承載能力,對決定可否繼續進行后續作業和采取校直、加固等補救措施,還是更換井架都十分重要。目前國內外,井架的變形監測主要采取常規測量手段，如全站儀進行平面變形監測，水準儀測定高程變形。然而常規測量方法監測周期長，勞動強度大，難以滿足監測要求。與此同時，也有一種新型的測量方法——三維激光掃描測量技術，其是一種新型全自動高精度立體掃描技術，它通過高速激光掃描測量的方法，大面積、高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數據。與傳統測量方法相比，地面三維激光掃描技術采集數據不需要合作目標，能快速、準確地獲取目標體數據，具有密度高、精度高等特點，適合大面積或者表面復雜的物體測量及其物體局部細節測量，計算目標表面、體積、斷面、截面、等值線等，為測繪人員突破傳統測量技術提供一種全新的數據獲取手段。但是成本較大，研究周期較長，實際意義并不是很大。

對于目前井架安全檢修的現狀分析可知，主要存在如下問題：

1、這些檢測方法都需要大量人力資源，且成本較高，并且數據的誤差比較大，最為主要的是存在安全隱患。

2、這些檢測方法都是粗略的檢測，不能夠較為精確的反應井架的現狀，對于井架的細節部分不能精確檢測，存在很大的隱患。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種井架缺陷巡檢機器人，無需人工進行巡檢，節約人力資源，不會存在人體安全隱患，同時提高監測精度；另外本裝置可實時進行監測并反饋數據，便于監測者查看。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：該種井架缺陷巡檢機器人，包括前車、連接結構和后車，前車通過連接結構與后車連接；

所述前車包括前車架、天線、信號發射器、信號接收器、運動攝像機、前夾緊驅動機構和三軸加速度傳感器，所述信號發射器、信號接收器、運動攝像機、電磁鐵和三軸加速度傳感器設置在前車架上，天線設置在信號發射器上部；所述前車架下部設有兩組滾輪，所述滾輪通過轉軸與前車架鉸接；前夾緊驅動機構設置在前車架下部，所述前夾緊驅動機構由沿前車架中心截面對稱布置的兩個舵機、兩個空心杯電機和兩個夾緊輪組成，舵機的轉動支架與空心杯電機固定連接，空心杯電機的輸出軸與夾緊輪固定連接；

所述后車包括后車架、步進電機、步進電機驅動器、控制裝置、后夾緊驅動機構和電源裝置，所述步進電機、步進電機驅動器、控制裝置、電磁鐵和電源裝置設置在后車架上，步進電機驅動器與步進電機連接，所述步進電機和步進電機驅動器均為三個，三個步進電機呈品字形分布，所述三個步進電機的輸出軸上均設有形狀相同的傳動齒輪；所述后車架下部設有兩組滾輪，所述滾輪通過轉軸與后車架鉸接；后夾緊驅動機構設置在后車架下部，所述后夾緊驅動機構由沿后車架中心截面對稱布置的兩個舵機、兩個空心杯電機和兩個夾緊輪組成，舵機的轉動支架與空心杯電機固定連接，空心杯電機的輸出軸與夾緊輪固定連接；

所述連接結構包括絲杠和圓彈簧，絲杠的一端和圓彈簧的一端剛性連接，圓彈簧的另一端與前車架剛性連接，絲杠的另一端穿過后車架上的支板，所述絲杠上設有聯動齒輪，所述聯動齒輪的外圓周設有與傳動齒輪相配合的齒、聯動齒輪的內孔為螺紋孔，所述絲杠、圓彈簧和聯動齒輪均為三個，三個聯動齒輪分別與三個傳動齒輪嚙合，聯動齒輪卡在后車架上的齒輪座內；

所述控制裝置與信號發射器、信號接收器、運動攝像機、三軸加速度傳感器、電磁鐵和步進電機驅動器連接，信號發射器與天線連接；電源裝置為整個系統供電。

進一步，所述控制裝置為單片機。

進一步，所述天線為蘑菇天線。

進一步，還包括限位板，所述限位板上開設三個孔，限位板設置在絲杠上，三個絲杠分別穿過三個孔。采用限位板在絲杠進行移動時，可保持三個絲杠的相對位置不會改變，從而提高運行穩定性。

進一步，所述夾緊輪外表面為橡膠材質。

與現有技術相比，本發明采用前車、連接結構和后車相結合的方式，將本裝置放置在井架上，通過前夾緊驅動機構和后夾緊驅動機構使前車和后車相對固定在井架管路上，通過電磁鐵增強小車與井架的吸附力，此時開啟運動攝像機和三軸加速度傳感器，運動攝像機將拍攝的實時視頻反饋到控制裝置，同時三軸加速度傳感器將實時檢測前車的運動情況并反饋給控制裝置，控制裝置預處理后通過信號發射器及天線發送給地面控制中心；進行移動時，信號接收器接收地面控制中心的的信號并送入到控制裝置。控制裝置控制前后夾緊驅動機構中的空心杯電機啟動，空心杯電機帶動夾緊輪轉動，通過夾緊輪與井架管路的摩擦，完成整個裝置向前勻速運動。當遇到有弧度的管路時，控制裝置控制前夾緊驅動機構中的舵機向外旋轉90°，從而使前夾緊驅動機構中的夾緊輪從夾緊井架管路狀態變成與井架管路不接觸狀態；然后控制裝置通過步進電機驅動器控制三個步進電機同步啟動，進而通過傳動齒輪帶動聯動齒輪轉動，由于后車處于固定狀態且聯動齒輪和絲杠為螺紋連接，這樣聯動齒輪轉動會導致絲杠相對聯動齒輪向前進行運動，絲杠運動會帶動前車架通過滾輪在井架管路上實現向前運動，此時控制裝置通過步進電機驅動器減小轉彎方向的對應步進電機的轉速，那么與步進電機對應聯動絲杠的前進速度就會變小，其他兩根聯動絲杠保持原來的前進速度，由于絲杠連接的圓彈簧有一定的變形量，由此實現前車的轉向運動。前車運動到對應的軌道時，控制裝置控制步進電機停止工作，同時控制前夾緊驅動機構中的舵機向內旋轉90°，從而使前夾緊驅動機構中的夾緊輪從與井架管路不接觸狀態變成夾緊井架管路狀態，完成前車轉向并固定的過程；然后控制裝置控制后夾緊驅動機構的舵機向外轉動90°。從而使后夾緊驅動機構中的夾緊輪從夾緊井架管路狀態變成與井架管路不接觸狀態；然后控制裝置通過步進電機驅動器控制三個步進電機同步啟動并相對之前方向轉動，進而通過傳動齒輪帶動聯動齒輪轉動，由于此時前車處于固定狀態，后車處于可移動狀態，這樣聯動齒輪轉動會導致聯動齒輪相對絲杠向前運動，進而帶動后車架通過滾輪在井架管路上靠近前車方向運動，此時控制裝置通過步進電機驅動器減小轉彎方向的對應步進電機的轉速，那么與步進電機對應聯動絲杠的收縮速度就會變小，其他兩根聯動絲杠的收縮速度保持不變，由于絲杠連接的圓彈簧有一定的變形量，就能實現后車的轉向運動。當后車進入前車所在軌道時，控制裝置控制步進電機停止工作，同時控制后夾緊驅動的舵機向內轉動90°，從而使后夾緊機構中的夾緊輪從與井架管路不接觸狀態變成夾緊井架管路狀態，完成整個裝置的轉向過程。這樣無需人工采用多種設備進行定期巡檢，節約人力資源，不會存在人體安全隱患，通過視頻檢測和三軸加速度傳感器的雙項巡檢模式，能更加直觀的將井架的狀況反映到地面控制中心，有效的提高了監測精度；機器人靈活的運動轉向機構能在復雜的管路中自由前進，避免了檢測死角，擴大了檢測范圍。另外相對于地面三維激光掃描技術來說可大大降低監測成本，同時地面三維激光掃描技術其后期處理數據的周期較長，而本裝置可實時進行監測并反饋數據，便于監測者查看。

附圖說明

圖1是本發明的結構側視圖；

圖2是本發明的主視圖；

圖3是本發明的前車轉向示意圖；

圖4是本發明中后車的結構示意圖；

圖5是圖4的俯視圖；

圖6是圖4的右視圖。

圖中：1、絲杠，2、步進電機驅動器，3、步進電機，4、支板，5、電源裝置，6、限位板，7、圓彈簧，8、蘑菇天線，9、運動攝像機，10、信號接收器，11、后車架，12、空心杯電機，13、舵機，14、夾緊輪，15、電磁鐵，16、齒輪座，17、滾輪，18、信號發生器，19、三軸加速度傳感器，20、前車架，21、傳動齒輪，22、聯動齒輪。

具體實施方式

下面將對本發明作進一步說明。

如圖1至圖5所示，本發明包括前車、連接結構和后車，前車通過連接結構與后車連接；

所述前車包括前車架20、天線、信號發射器18、信號接收器10、運動攝像機9、電磁鐵15、前夾緊驅動機構和三軸加速度傳感器19，所述信號發射器18、信號接收器10、運動攝像機9和三軸加速度傳感器19設置在前車架20上，天線設置在信號發射器18上部；所述前車架20下部設有兩組滾輪17，所述滾輪17通過轉軸與前車架20鉸接；前夾緊驅動機構設置在前車架20下部，所述前夾緊驅動機構由兩個舵機13、兩個空心杯電機12和兩個夾緊輪14組成，舵機13的轉動支架與空心杯電機12固定連接，空心杯電機12的輸出軸與夾緊輪14固定連接；

所述后車包括后車架11、步進電機3、步進電機驅動器2、控制裝置、電磁鐵15、后夾緊驅動機構和電源裝置5，所述步進電機3、步進電機驅動器2、控制裝置、電磁鐵15和電源裝置5設置在后車架11上，步進電機驅動器2與步進電機3連接，所述步進電機3和步進電機驅動器2均為三個，三個步進電機3呈品字形分布，所述三個步進電機3的輸出軸上均設有形狀相同的傳動齒輪21；所述后車架11下部設有兩組滾輪17，所述滾輪17通過轉軸與后車架11鉸接；后夾緊驅動機構設置在后車架11下部，所述后夾緊機構由舵機13和兩個夾緊輪14組成，舵機13的支架與空心杯電機12固定連接，空心杯電機的輸出軸與夾緊輪14固定連接；

所述連接結構包括絲杠1和圓彈簧7，絲杠1的一端和圓彈簧7的一端剛性連接，圓彈簧7的另一端與前車架17剛性連接，絲杠1的另一端穿過后車架11上的支板4，所述絲杠1上設有聯動齒輪22，所述聯動齒輪22的外圓周設有與傳動齒輪21相配合的齒、聯動齒輪22的內孔為螺紋孔，所述絲杠1、圓彈簧7和聯動齒輪22均為三個，三個聯動齒輪19分別與三個傳動齒輪21嚙合，聯動齒輪22卡在后車架11上的齒輪座16內；

所述控制裝置與信號發射器18、信號接收器10、運動攝像機9、三軸加速度傳感器19電磁鐵15、和步進電機驅動器2連接，信號發射器18與天線連接；電源裝置5為整個系統供電。

進一步，所述控制裝置為單片機。

進一步，所述天線為蘑菇天線8。

進一步，還包括限位板6，所述限位板6上開設三個孔，限位板6設置在絲杠1上，三個絲杠1分別穿過三個孔。采用限位板6在絲杠1進行移動時，可保持三個絲杠1的相對位置不會改變，從而提高運行穩定性。

進一步，所述夾緊輪14外表面為橡膠材質。

將本裝置放置在井架上，通過前夾緊驅動機構和后夾緊驅動機構使前車和后車相對固定在井架管路上，通過電磁鐵17增強小車與井架的吸附力，此時開啟運動攝像機9和三軸加速度傳感器19，運動攝像機9將拍攝的實時視頻反饋到控制裝置，同時三軸加速度傳感器19將實時檢測前車的運動情況并反饋給控制裝置，控制裝置預處理后通過信號發射器18及天線8發送給地面控制中心；進行移動時，信號接收器10接收地面控制中心的的信號并送入到控制裝置。控制裝置控制前后夾緊驅動機構中的空心杯電機12啟動，空心杯電機12帶動夾緊輪14轉動，通過夾緊輪14與井架管路的摩擦，完成整個裝置向前勻速運動。當遇到有弧度的管路時，控制裝置控制前夾緊驅動機構中的舵機13向外旋轉90°，從而使前夾緊驅動機構中的夾緊輪14從夾緊井架管路狀態變成與井架管路不接觸狀態；然后控制裝置通過步進電機驅動器2控制三個步進電機3同步啟動，進而通過傳動齒輪21帶動聯動齒輪22轉動，由于后車處于固定狀態且聯動齒輪22和絲杠1為螺紋連接，這樣聯動齒輪22轉動會導致絲杠1相對聯動齒輪22向前進行運動，絲杠1運動會帶動前車架20通過滾輪17在井架管路上實現向前運動，此時控制裝置通過步進電機驅動器2減小轉彎方向的對應步進電機3的轉速，那么與步進電機3對應聯動絲杠1的前進速度就會變小，其他兩根聯動絲杠1保持原來的前進速度，由于絲杠1連接的圓彈簧7有一定的變形量，由此實現前車的轉向運動。前車運動到對應的軌道時，控制裝置控制步進電機3停止工作，同時控制前夾緊驅動機構中的舵機13向內旋轉90°，從而使前夾緊驅動機構中的夾緊輪14從與井架管路不接觸狀態變成夾緊井架管路狀態，由此完成前車轉向并固定的過程；然后控制裝置控制后夾緊驅動機構的舵機13向外轉動90°。從而使后夾緊驅動機構中的夾緊輪14從夾緊井架管路狀態變成與井架管路不接觸狀態；然后控制裝置通過步進電機驅動器2控制三個步進電機3同步啟動并相對之前方向反向轉動，進而通過傳動齒輪21帶動聯動齒輪22轉動，由于此時前車處于固定狀態，后車處于可移動狀態，這樣聯動齒輪22轉動會導致聯動齒輪22相對絲杠向前運動，進而帶動后車通過滾輪17在井架管路上靠近前車方向運動，此時控制裝置通過步進電機驅動器2減小轉彎方向的對應步進電機3的轉速，那么與步進電機3對應聯動絲杠1的收縮速度就會變小，由于絲杠1連接的圓彈簧7有一定的變形量，就能實現后車的轉向運動。當后車進入前車所在軌道時，控制裝置控制步進電機3停止工作，同時控制后夾緊驅動的舵機13向內轉動90°，從而使后夾緊機構中的夾緊輪14從與井架管路不接觸狀態變成夾緊井架管路狀態，完成整個裝置的轉向過程。這樣無需人工采用多種設備進行定期巡檢，節約人力資源，不會存在人體安全隱患，通過視頻檢測和三軸加速度傳感器的雙項巡檢模式，能更加直觀的將井架的狀況反映到地面控制中心，有效的提高了監測精度；機器人靈活的運動轉向機構能在復雜的管路中自由前進，避免了檢測死角，擴大了檢測范圍。另外相對于地面三維激光掃描技術來說可大大降低監測成本，同時地面三維激光掃描技術其后期處理數據的周期較長，而本裝置可實時進行監測并反饋數據，便于監測者查看。