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管道爬行机器人的发展与展望

点击次数:220  发布时间:2018-11-22
  管道爬行机器人的发展与展望
  管道爬行机器人是一类集多类传感器及操作装置(录像机、清理装置、焊接装置、防腐喷漆装置、机械手、位姿传感器、超声波传感器等)一身的机器人。管道爬行机器人作业时通过操作员远距离的遥控来控制完成管道下一系列的清理维系等工作,是一种新型的自动化在水下管道中的自动化作业装置。
  管道运输有运输手段简便、制造方便、运输效率高等诸多优点,所以被广泛的应用于农业、工业以及生活中的各个领域。目前,我国输送汽油等燃料的管道已建达500000km,并且在以每年1500km的速度快速增长。
  然而,随着管道的使用时间的不断延长,管道的老化情况日益严重,管道内壁或外壁不断受到输送介质及外部力的冲击等各种因素的影响,很可能会出现管道泄露、裂纹、输送介质泄露或者截留面积减小等问题。所以,就需要对管道的情况定期进行排查、维护和维修。然而有些管道通常输送的介质多是对人体有害的并且管道的空间狭小,使得工作人员无法直接对管道进行人工维修和检测。
  然而由于管道的掩埋性,目前采用的多的维修方式就是挖掘法及抽样检测维修法等。这些方法都需要耗费需要大量的人力物力财力,并且还无法保证管道能够正常使用。还有的方法随机性比较强,准确率很低,无法做到对管道进行、彻底的排查,从而造成了管道运输的安全隐患。
  基于上述不尽如人意的管道排查、检测和维修方式,所以迫切的需要一种新的管道维修方式。国内外学者提出了一种由机器人代替人工进入到管道中对管道进行日常维护、检测的新想法并对其进行了深入的研究。自1978年提出了腿足式的管道爬行机器人以来,管道爬行机器人开始了迅猛的发展,其中一部分管道爬行机器人已进入到实际应用阶段,在对管道的日常检查、排查、维修中起到了发挥了极其重要的作用。
  1 管道类机器人国内外发展现状
  欧洲对管道爬行机器人的研究起步相对较早。伴随着电子技术及通讯技术的发展,管道爬行机器人已达到了实际应用水平。
  日本电子行业的发展也刺激着管道爬行机器人的不断革新。例如1990年东京大学就开始了管道爬行机器人的研究,并提出了THES系列管道爬行机器人。
  “月球车”是早期由俄罗斯提出,配备有9个驱动的并联机器人。该机器人采用并联传动机构,摄像头翻转可进行多角度的拍摄,对维修部件进行了多角度的找位,管道气人利用自身的设备对管道进行检测、维修作业。
  国内对于管道爬行机器人的研发相对起步较晚,尽管如此,国内也不乏典型的并联机器人研究成果。例如上海交通大学提出的煤气管道检测机器人。该机器人具有特殊的四边形结构,具有非常好的自适应能力,并采用轮腿的行进方式。
  2 管道爬行机器人的结构类型
  管道爬行机器人按照运动部件分为轮式、履带式、关节式、压差介质式等。
  2.1 车轮式管道爬行机器人
  具有速度快,机构简单,拖动力大等特点。广泛应用石油、汽油输送管的日常清理和维护中。该类机器人行进特点是需使驱动轮与管道内壁有一定的封闭的正压力才能产生一定的供其行走的摩擦力。该正压力主要来源于机器人的自身重力、弹簧力等等。
  2.2 履带式管道爬行机器人
  履带的结构使得该类机器人具有非常好的附着性,所以对于泥泞或有较厚油污的管道也能可靠的行进。但履带式管道爬行机器人由于是履带这种较为复杂的行进方式,不易控制也不易实现自动化。
  2.3 关节式管道爬行机器人
  关节式机器人是仿生学在机器人行业应用的典型例子。此类机器人一般具有较为复杂的结构,机器人尺寸相对较大。应用于管道爬行机器人领域中,由于管道空间有限必须对其机构尺寸进行严格的设计。
  3 展望
  经过国内外学者多年的潜心研究,使管道爬行机器人已经形成了较为成熟的体系,并且也在实际应用中取得了预计的成果,特别是在焊接、清理、检测、修补等方向,但也主要是针对于管径较大的管道。
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