用于水下缺陷焊接修复的运载机器人的制作方法

专利2025-12-23  15


本发明属于核电,具体涉及一种用于水下缺陷焊接修复的运载机器人。


背景技术:

1、核电站水池多用于贮存或转运核燃料,乏燃料水池内壁为一层3~6mm不锈钢作为衬里,称为钢覆面。随着核电站发电周期的逐步增加,水池钢覆面长时间服役下,普遍性的出现点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力开裂等泄露失效情况。面向水池不锈钢覆面中常出现上述典型微缺陷,如不进行修复工作,任由缺陷扩展将会造成严重安全事故。但随着服役年限的增加,燃料的转移和水池的排空愈发困难。因此,亟需提高水池缺陷维修的效率,减小人为因素干扰确保修复质量,降低维修成本。


技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题,提供了一种用于水下缺陷焊接修复的运载机器人。

2、根据本公开实施例的一方面,提供一种用于水下缺陷焊接修复的运载机器人,所述运载机器人包括:本体模块、行走模块、吸附模块和焊缝识别模块;

3、本体模块具备浮游运动功能;行走模块位于本体模块底部中心位置,具备旋转、升降、横移三个运动自由度,吸附模块能够吸附在水池钢覆面上,行走模块与吸附模块配合实现运载机器人全向爬壁移动;

4、吸附模块位于本体模块底部,为机器人贴壁行走及焊接修复组件作业提供附着力;

5、焊缝识别模块位于运载机器人前端,用于在水下环境中实时识别焊缝的位置,为机器人爬壁行走和定位提供视觉引导;

6、在焊缝识别模块的视觉引导下,行走模块与吸附模块配合,带动运载机器人本体模块沿着水池钢覆面焊缝进行跟踪行走和定位。

7、在一种可能的实现方式中,所述本体模块包括本体框架、多个水平推进器、电子舱、多个垂向推进器、浮体、吊耳、水下环境观测相机、焊缝识别模块安装架、外侧吸盘组安装板;

8、多个水平推进器和多个垂向推进器分别布置在本体框架的两侧,为机器人浮游运动提供动力;电子舱用于容纳机器人控制元器件,保护机器人控制元器件免受液体浸入;浮体用于平衡机器人重心和浮心的大小和位置;吊耳是机器人吊运下水时的作用点,水下环境观测相机用于水池水下环境的实时观测,焊缝识别模块安装架位于机器人前端,用于识别水池钢覆面焊缝;外侧吸盘组安装板用于安装吸附模块中的外侧吸盘簇。

9、在一种可能的实现方式中,行走模块包括固定座,旋转升降模块,旋转运动水密电机,升降运动水密电机,直线模组,直线运动水密电机,内侧吸盘组安装架、内侧吸盘簇安装板;

10、固定座顶部固定于本体模块下侧,固定座下端由上至下依次安装旋转升降模块、直线模组、内侧吸盘组安装架、内侧吸盘簇安装板,旋转升降模块用于实现机器人转向运动和吸盘升降运动,直线模组实现机器人直行运动,旋转运动水密电机为旋转升降模块的旋转运动提供动力,升降运动水密电机为旋转升降模块的升降运动提供动力,直线运动水密电机为直线模组的直线运动提供动力,内侧吸盘簇安装板用于固定吸附模块的内侧吸盘簇。

11、在一种可能的实现方式中,吸附模块包括外侧吸盘组、内侧吸盘组、抽吸泵及管路附件;

12、外侧吸盘组包括一个或多个外侧吸盘簇,内侧吸盘组包括一个或多个内侧吸盘簇;外侧吸盘组安装于外侧吸盘组安装板下方,内侧吸盘组安装于内侧吸盘簇安装板下方,每个外侧吸盘簇和每个内侧吸盘簇包括多个簇集的吸盘,内侧吸盘组和外侧吸盘组分别由抽吸泵单独控制。

13、在一种可能的实现方式中,焊缝识别模块包括两组焊缝识别装置,每组焊缝识别装置包含交叉配合布置的线激光器和水下视觉相机;

14、当线激光器发出的激光以预设入射角度打在焊缝上时,由于激光器的倾斜以及焊缝的凸起,使得线激光产生一段突变,利用视觉相机对含有突变激光的图像和预设的标志特征同时进行捕捉并进行图像处理提取特征后,获得激光器所在位置焊缝中心点与预设特征之间的坐标关系,将两组焊缝识别装置的线激光器和相机设定在同一个坐标空间内,并将两组焊缝识别装置提取的两个焊缝中心点连成一条直线,将该直线作为为焊缝中心线所在位置;运载机器人依据实时提取的直线进行跟踪行走并实时纠偏,实现沿焊缝行走和定位。

15、在一种可能的实现方式中,两组焊缝识别装置布置在焊缝上方机器人两侧。

16、在一种可能的实现方式中,所述运载机器人还配置多个不同大小的吸盘,外侧吸盘组安装板和内侧吸盘簇安装板所安装的吸盘均能够拆卸替换,能够根据运载机器人的实际负载调整各外侧吸盘簇和各内侧吸盘簇吸盘大小和数量。

17、本公开的有益效果在于:

18、1、本公开中,焊接修复组件布置在运载机器人前端,而非运载机器人中间部位(内外布置),焊接作业具有更高的可达率;

19、2、本公开配备推进器和行走吸附系统,在不进行水池排空等复杂操作下,可实现运载机器人浮游运动和贴壁爬行运动,可以实现有水环境下水池池底或池壁焊缝缺陷的焊接修复,采用机器人水下自动焊接维修不仅能够有效缩减维修实施周期,提高水池缺陷维修的效率,减小人为因素干扰确保修复质量,还大大降低维修成本;

20、3、运载机器人爬壁行走时的附着力由水下吸盘提供,附着力大、稳定性好(相较于推进器),可适用于不锈钢水池以及其他材质水池(相较于磁吸附)。吸盘簇由多个小吸盘组成,吸盘跨越焊缝或单个吸盘损坏时,不会对整体附着力产生大的影响,提高吸附可靠性。

21、4、本公开行走机构与行走吸附系统配合,实现机器人步进式爬行,行走机构采用旋转台和直线滑台移动,具有更高的行走和定位精度。

22、5、本公开采用线激光器和视觉相机组合实现焊缝位置识别,识别能力和识别精度高。两组焊缝识别模块分布于机器人两侧,增大识别点距离,进一步提高焊缝识别精度。



技术特征:

1.一种用于水下缺陷焊接修复的运载机器人,其特征在于,所述运载机器人包括:本体模块、行走模块、吸附模块和焊缝识别模块;

2.根据权利要求1所述的运载机器人,其特征在于,所述本体模块包括本体框架、多个水平推进器、电子舱、多个垂向推进器、浮体、吊耳、水下环境观测相机、焊缝识别模块安装架、外侧吸盘组安装板;

3.根据权利要求1所述的运载机器人,其特征在于,行走模块包括固定座,旋转升降模块,旋转运动水密电机,升降运动水密电机,直线模组,直线运动水密电机,内侧吸盘组安装架、内侧吸盘簇安装板;

4.根据权利要求1所述的运载机器人,其特征在于,吸附模块包括外侧吸盘组、内侧吸盘组、抽吸泵及管路附件;

5.根据权利要求1所述的运载机器人,其特征在于,焊缝识别模块包括两组焊缝识别装置,每组焊缝识别装置包含交叉配合布置的线激光器和水下视觉相机;

6.根据权利要求5所述的运载机器人,其特征在于,两组焊缝识别装置布置在焊缝上方机器人两侧。

7.根据权利要求4所述的运载机器人,其特征在于,所述运载机器人还配置多个不同大小的吸盘,外侧吸盘组安装板和内侧吸盘簇安装板所安装的吸盘均能够拆卸替换,能够根据运载机器人的实际负载调整各外侧吸盘簇和各内侧吸盘簇吸盘大小和数量。


技术总结
本公开属于核电技术领域,具体涉及一种用于水下缺陷焊接修复的运载机器人。本公开中,焊接修复组件布置在运载机器人前端,而非运载机器人中间部位(内外布置),焊接作业具有更高的可达率;配备推进器和行走吸附系统,可实现运载机器人浮游运动和贴壁爬行运动,可以实现有水环境下水池池底或池壁焊缝缺陷的焊接修复;本公开行走机构与行走吸附系统配合,实现机器人步进式爬行。行走机构通过一个旋转台和一个直线滑台的特定安装结构实现平面内三自由度正交解耦运动,简化机构自由度,定位精度高。

技术研发人员:周政,段洪斌,张潇,张斌,杨斌,张力
受保护的技术使用者:中核武汉核电运行技术股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/7/25
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