(完整版)URT管道检测机器人(精)
URT螺旋轮式管道检测机器人越障性能研究
第25卷第4期后 勤 工 程 学 院 学 报Vol.25No.4 2009年7月JOURNAL OF LOGI STI CAL E NGI N EER I N G UN I V ERSI TY Jul.2009 文章编号:1672-7843(2009)04-0029-05螺旋轮式管道检测机器人越障性能研究刘 星,李著信,苏 毅,王世炜(后勤工程学院军事供油工程系,重庆400016)摘 要 建立了一种螺旋轮式管道检测机器人驱动系统的三维模型,对驱动系统通过凸台和三通的能力进行了动力学分析。
研究了预紧弹簧刚度和预紧力对螺旋轮过凸台能力的影响,讨论了过三通时的几何约束和动力学约束条件,并通过算例分析,验证了模型的正确性。
关键词 管道机器人;越障性能;弹簧刚度;预紧力中图分类号:U178文献标识码:BResearch on Obstacle Clearing Capabilities of Pi pe I ns pecti on Robot with Scre w Moti onL I U Xing,L I Zhu2xin,S U Yi,WANG Shi2wei(Dep t.of Petr oleum Supp ly Engineering,LEU,Chongqing400016,China)ABSTRACT The D riving syste m’s3D model of p i pe ins pecti on r obot with scre w moti on is built.The dynam ic analysis of the D riving syste m’s capability of cr ossing the lug boss and T2j oints in p i pe is made.The relati onshi p bet w een lug boss cr ossing ability and both p rel oaded s p ring’s rigidity and p retightening f orce are studied.The geometric constraint and dynam ics constraint when passing T2j oints are discussed.Then,the models are analyzed and validated according t o the calculating exa mp les.Keywords p i pe r obot;obstacle clearing capabilities;s p ring’s rigidity;p retightening f orce长期使用的输油管道,内部往往锈蚀比较严重,可能产生锈蚀凸包、凹坑等缺陷障碍,以及管道自身的焊缝、三通、弯管等结构障碍[1]。
管道排查机器人
管道排查机器人
作者：
来源：《大自然探索》2020年第09期
现在的许多污水处理系统是数十年前建造的，因此需要对其进行定期检测和维修。
目前，这项工作还主要停留在人工检查阶段。
因地下管道内又湿又滑，常有害虫和老鼠出没，有的甚至还充斥沼气等有害气体，所以人进入管道内进行检查有一定的危险性。
现在，科学家发明了一种四足机器人，可代替人类进入地下管道进行排查。
這种机器人的每一条腿上都有三个关节，其作用是提高机动性，让机器人在管道中涉水前行时能够越过障碍物。
它移动时会对管壁上的着力点施加摩擦力，这会使管道产生振动。
然后，机器人通过脚上内置的传感器接收振动，通过计算得出管道表面的粗糙度。
目前，这种机器人已被成功用于检查一段长300米且未被人工检查过的管道。
未来，科学家还计划在不同环境（比如地下矿井）下测试该机器人完成其他任务的能力。
管道检测机器人
随着我国经济的快速发展,煤气、输水、油气、通讯、化工等行业使用管道急剧增加,而且对管道内表面质量要求很高,但这些管道在长期使用过程中,由于受到管内、管外介质的挤压,腐蚀等,容易出现裂纹、漏孔等故障.为此,必须要对管道进行定期的排查和养护.由于污水等管道内部含有大量的有毒气体,人工长时间作业容易引起中毒,所以需要用管道机器人来代替人工对那些环境恶劣、管径较小的管道进行检修.本文在分析现有管道检测机器人的基础上,设计了检测内径为300mm～500mm的管道检测机器人,可以实现对管道缺陷自动检测与评价,测量简单、直观、高效、准确。
管道检测：管道内窥检测技术包括电视检测（CCTV检测）、潜望镜检测（QV检测）和声纳检测。
我们公司还推出了管道漏点定位检测，涵盖了视、声、光、电等各种检测手段，真实反映管道健康状况并输出可视可量化的直观成果。
同时也有效避免了人员下井摸查等传统方式所受制的因素多、检测效果差、成本高、不安全等问题。
为管网养护、修复、改造设计提供科学的基础资料。
1、电视检测（CCTV检测）CCTV检测是一种精密电视检测技术。
主要用于新建管道竣工验收、在运行管道健康状况（养护与修复需求）检查、清洗疏通效果检查、非开挖修复前后检查2、潜望镜检测（QV检测）QV检测是一种快速检测技术，利用可调节长度的控制杆将配置可调焦距的高清探头放入检查井中，工作人员在地面通过主控器实时录制并保存被检测对象的内部影像，可快捷抓取、保存缺陷图像，通过键盘可录入检测信息，叠加显示并保存在视频画面中。
其集成度高、小巧轻便。
3、声纳检测声纳检测是一种采用声波反射原理对管道变形、淤泥量化分析的检测技术。
适用于管道内满水或水位较高，且不具备降水条件。
4、电法测漏检测电法测漏检测采用聚焦电流快速检测技术，精准定位管道漏点。
不受淤泥、管道油脂和结垢的影响，不用抽水，能识别CCTV检测看不到的缺陷。
CCTV管道检测机器人简要概述2 URT
CCTV简要概述城市排水管网是城市的重要基础设施之一, 随着城市发展，排水管网的安全管理工作显得日益重要，对排水管网的管理要求也逐渐提高。
内窥检测技术为城市排水管道的运行管理提供可靠的手段。
内窥摄像（CCTV）检测管道内窥摄像检测（Close Circuit Television Inspection），主要是通过闭路电视录像的形式，使用摄像设备进入排水管道将影像数据传输至控制电脑后进行数据分析的检测。
这类检测可全面了解管道内部结构状况。
检测前需要将管道内壁进行预清洗，以便清楚的了解管道内壁的情况。
其不足之处在于检测时管道中水位需临时降低，对于检测高水位运行的排水管网来说需要临时做一些辅助工作（如临时调水、封堵等）。
一根据检测的目的不同，管道内窥检测可分为:a排水管道功能性检测主要是以检查管道排水功能为目的的检测，一般检测管道的有效过水断面，并将管道实际过流量与设计流量进行比较，以确定管道的功能性状况。
对于这类检测出来的问题一般可通过日常养护等手段进行解决b排水管道结构性检测主要是以检查管道材料结构现状为目的的检测，这类检测主要了解管道的结构现状以及连接状况，通过综合评估后确定管道对地下水资源及市政设施是否带来影响。
对于这类结构性问题被检测出来后一般需要通过修复的手段来解决。
二检测设备之体现：a设备能准确体现管道的状况，如管道的坡度、管道的内壁状况、管道内缺陷点的距离等。
b设备能出色完成检测任务，如检测车的速度、光源的照度、镜头的自由度、声纳的脉冲要求、图像的清晰度、数据线的强度，设备的防水、防爆等级等。
三检测所需的条件：a检测管段的数据资料管材、敷设年代、管径、埋深、管道连接方式、周边的地质状况、管段所处地段的地理特性等.b检测管段的现场条件管道日常的流速、水位高度、管内及检查井内淤积厚度、管道所在路段的交通状况等。
英国雷迪管道检测设备A结实可靠50瓦和100瓦大功率引擎，提供充足动力IP53防水标准，防爆设计，满足各种环境检测要求整体抗震动，抗冲击效果超强电压过载保护高强抗拉伸数据线B高质量图像画面高清数码摄像头，可清晰拍摄及抓拍高光学及数码变焦，可将画面拉至眼前高亮LED灯，寿命长，免维护，且光亮强度可调C数字控制便捷遥控，可在控制端完成各种操作，拍摄，转向，行进/倒退，速度，文字录入编辑等超亮8英寸显示屏，可在任何情况下显示清晰画面。
管道检测机器人[实用新型专利]
![管道检测机器人[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/16630d8f27d3240c8547ef04.png)
专利名称：管道检测机器人
专利类型：实用新型专利
发明人：刘青德,刘军,黄坚,刘军献申请号：CN201820318353.X 申请日：20180308
公开号：CN207906699U
公开日：
20180925
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种管道检测机器人，包括：第一无线收发模块，与行走机器人的控制芯片相连、用于接收所述行走机器人的检测数据并将所述检测数据发送至控制主机；第一存储介质；第二无线收发模块，与控制主机的处理器相连、用于接收所述第一无线收发模块发出的检测数据并将检测数据发送至控制主机的处理器；第二存储介质；以及，收卷于所述控制主机的电源线。
由于通过第一无线收发模块和第二无线收发模块进行检测数据的传输，将数据线替换为仅用于供电的电源线，从而大大降低了数据线的成本，而且第一无线收发模块、第一存储介质、第二无线收发模块、第二存储介质与电源线的总成本也远远小于原本采用数据线的成本，因此减少了管道机器人的成本。
申请人：深圳市厚德检测技术有限公司
地址：518101 广东省深圳市宝安区西乡街道园艺园大院园艺园办公楼一楼
国籍：CN
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检查各种管道的机器人
检查各种管道的机器人
刘先曙
【期刊名称】《自动化博览》
【年(卷),期】1994(000)006
【总页数】1页(P8)
【作者】刘先曙
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.3
【相关文献】
1.微型机器人用于检查管道内的缺陷 [J], 孙麟治;陆林海;秦新捷;龚振邦
2.蠕动爬行机器人在检查压力管道中的应用 [J], Nobuhiko Onoda;Katsuya Utsumi;Atsushi Takada;向易为
3.无线遥控机器人“探索Ⅱ号”为燃气管道做“内窥镜”检查 [J], 黄蔚莉
4.低成本简易机器人装置可快速检查管道漏水 [J], W.NY
5.检查清理热电站进水管道的机器人 [J],
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管道检测机器人在城市污水、天然气输送、工业物料运输、给排水和建筑物通风系统等领域里，管道作为一种有效的物料输送手段而广泛应用。
为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生，就必须对管道进行有效的检测维护等，而目前管道检测和维护多采用管道机器人来进行[1]。
所谓管道机器人就是一种可沿管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器件如位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器等以及操作机械如管道裂纹与管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、操作手、喷枪、刷子等，在工作人员的遥控操纵或计算机控制下可在极其恶劣的环境中，能够完成一系列管道检测维修作业的机电一体化系统。
管道机器人可完成的管道作业有：生产、施工过程中的管道内外质量检测；管道内部清扫、抛光、焊接、喷涂等维护；对接焊缝的探伤、补口作业；旧管道腐蚀程度、破损情况检测和泄漏预报等等[2 3]。
1 管道机器人的发展状况1.1 管道机器人的理论研究发展状况管道机器人的研究所涉及的面很广，随着70年代电子技术、计算机技术、自动化技术的发展和进步，国外的管道机器人技术自90年代初以来得到了迅猛发展并接近于应用水平。
1987年日本学者T.Morimitsu 等人成功研制了一种振动式管内移动机器人。
1999年西班牙Jorge Moraleda与Anibal Ollero等人在西班牙军工基金资助下，利用水流喷射产生的冲力作为驱动力研制成检测地下输水管道内部状况的管道机器人系统。
2000年日本横滨国立大学电子与计算机工程系Chi Zhu等人研制成功用于检测污水排放管道的管道检测机器人，它适用于直径为200mm的管道。
2001年美国纽约煤气集团公司的Daphne D Zurko和卡内基梅隆大学机器人技术学院Hagen Schempf博士在美国国家航空和宇宙航行局的资助下开发了长距离、无缆方式的管道机器人系统。
我国管道机器人研制工作起步较晚，已见报道的管道机器人多为国外进口，然而近些年来，管道机器人的经济、技术和社会意义逐渐为更多的人们所认识，也有一些单位开始进行研制，并在机构模型、动力学分析以及实验样机等方面均有所建树。
较有代表性的有中科院、清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、东华大学、大庆油建公司和中国石油天然气管道局等，其中中科院兰州分院于2004年成功研制出了我国第一台管道机器人，提升了我国在机器人研究开发领域的地位和影响力 [4]。
1.2 管道机器人的类型介绍目前国内外已研制出的管道机器人类型很多,按能源供给方式可分为两种:有缆方式和无缆方式。
对于有缆方式供能的管道机器人,主要存在的问题是机器人行走距离远、转弯较多时，线缆与管壁的摩擦力会变得很大，严重影响了机器人作业时的最大行走距离，而且还会带来可靠性等一系列的问题。
而采用无缆方式的能源供给目前有两种方案，一是携带蓄电池，二是携带燃油发电机组，这两种方案除了体积庞大以及增加机器人本体的重量这些共有的缺点外，还有就是所储存的能量毕竟有限，而且受电池质量、充电工艺等因素的影响，因而机器人的行走距离仍然受限制[5 6]。
管道机器人的驱动源大致有以下几种：微型电机、压电驱动、形状记忆合金（SMA）、气动驱动、磁致伸缩驱动、电磁转换驱动等。
管道机器人按照驱动方式大致可以分为自驱动型管道机器人、流体推动型管道机器人、弹性杆外加推力型管道机器人。
管道机器人按其外型大小可分为大型、普通和微型三种，其中微型管道机器人又可按其电驱动技术种类划分为基于正弦波动驱动的微型管道机器人、基于电磁驱动的管道鱼鳍机器人、直流电机驱动的蛇行机器人、压电元件驱动的微型管道机器人、GMA驱动的微型管道机器人、SMA 驱动的蚯蚓蠕动管道机器人。
而如果按行走机构划分，管道机器人可分为以下几种方式[7]：（1）活塞移动式，其原理类似于活塞在汽缸内的运动，即把管道看作汽缸，把具有一定弹性和硬度的PIG看作活塞。
在结构上，PIG其后面的流体压力大于前面的压力时，在压差的作用下，PIG克服了管壁与活塞之间的摩擦阻力而向前运动。
PIG 可以携带各种传感器，一边行走一边用于管道检测。
（2）滚轮移动式，利用滚轮驱动式的行走结构，以电机作原动机，为了增加牵引力，一般采用多轮驱动式，由于轮径太小，越障能力有限，而且结构复杂。
（3）履带移动式，仿造履带式车辆行走原理，采用带齿轮减速箱的直流伺服电机驱动。
（4）足腿移动式，其基本原理是利用足腿推压管壁来支撑机体，利用多腿可以方便地在各种形状的弯管内移动。
由撑脚机构、牵引机构和转向机构构成，可在各种类型的管道里移动。
（5）蠕动移动式，模仿昆虫在地面上爬行时蠕动前进与后退的动作设计，机构由蠕动丝杠、螺母、前后支撑足及前后封闭弹簧构成。
在行走时，分别使左右支撑足上端与管壁接触，下端用滚轮与管壁接触。
驱动蠕动丝杠依次左转和右转，使螺母在丝杠上左右移动。
（6）螺旋移动式，利用螺旋原理使管外电机推动带有弹性的驱动部件前进，该驱动螺旋部件可以自动越过小的台阶。
参考文献[1] 甘小明.管道机器人的发展现状[J].机器人技术与应用,2003,（6）: 5-10.[2] 徐翔.管道机器人研制与工程应用[D]. 东华大学，2006.[3] 吴洪冲.三轮腿式管道机器人结构设计及运动学分析[D].内蒙古工业大学,2007.[4] 郑克宁.管道机器人的研制[D]. 浙江大学，2006.（6）： 7-9.[5] 李锻能.新型无缆管道机器人运动机构的设计[J].机床与液压，2005，[6] 黄明伟.新型无缆管道机器人的初探[D].广东工业大学,2006.[7] 吴洪冲.三轮腿式管道机器人结构设计及运动学分析[D].内蒙古工业大学,2007.[8] Sinha Sunil K. State-of-the-art in sensor technologies for pipe inspection [A]. Proceedings of the ASCE Interna-tional Conference on Pipeline Engineering and Construction: New Pipeline Technologies, Security and Safety[C]. Washington D C:ASCE, 2003.[9] ReiniWirahadikusumah,Dulcy M Abraham,Tom Iseley,et al.Assessment technologies for sewer system rehabilitation[J].Autom inConstruction,1998,7(4):259-270.[10] Sanjiv Gokhale,Jeffrey A Graham.A new development in locating leaks insanitary sewers[J]. Tunnelling and Un-derground Space Technology,2004,19 (2):85-96.[11] Eiswirth M,Frey C,Herbst J, et al. Sewer Assessment by Multi-sensor Systems [M ]. Berlin: IWA2 World Water Congress, 2001.[12] Sinha Sunil K,Fieguth PaulW.Segmentation of buried concrete pipe images[J].Autom in Construction, 2006,15(1):47-57.1）国外管道机器人发展概况1.PEARPOINT公司开发的轮式自来水管道检测机器人[6]图1.1 轮式自来水管道检测机器人如图1.1所示，该机器人具有六个行走轮，能在自来水管道内前进或倒退行走, 适应管径为Φ150-Φ750mm；行走速度为0-12m/min；行走距离大约600m左右。
对于更大管径的管道，加装20W灯泡（选件），提供更明亮、精确的图像，电缆使用质地牢固重量轻的合成纤维，坚固、防水，可抵抗1.5kN的张力。
配有电缆自动收放系统，高性能的带马达电缆盘，可提供超过50kg的牵引力。
仪器精确确定电缆层数，可提高电缆回绕速度和增加电缆寿命。
微处理器控制的离合器和刹车系统，减少电缆回绕的摩擦力，在整个测量过程中，使用操纵杆可精确控制爬行器及摄像机。
2.RoboProbe Technologies Inc的系列产品[7]此爬行器分为串联式爬行器和并联式爬行器两种，如图1.2和图1.3所示。
此爬行器系列采取不同结构形式，适应大范围的管径范围，最小管径Φ100mm，大管径可至Φ900mm以上。
主要技术参数:图1.2串联式爬行器行走距离:300m左右直视摄像头:1/3"CCD彩色工作温度:0～50°C电源和控制箱:线性速度调节防水深度:30m1.3并联式爬行器拖拉力:32kg/单履载重量:46kg/单履尺寸:（长）38cm×（宽）9cm×（高）10cm 重量:6kg/铝制；12kg/铜/不锈钢爬行速度:0～10米/分钟电压:48V DC运载方式:微型履带图3.英国JME公司生产的JME10/60爬行器[8]图1.4 JME10/60射线探伤爬行器该爬行器是用于管道对接焊缝X射线探伤的管道机器人，其驱动系统采用四轮车式结构，由同位素137Cs及其接收器定位，在管道外进行全遥控操作，系统主要由机器人本体(牵引装置)、可充电电池组、控制单元、遥控探测装置和射线源等组成。
该爬行器无须拖缆，作业距离较长。
4.日本Osaka煤气公司的管道检测机器人系统[9](a)磁性轮管道检测机器人(b)铁质煤气管道自动焊接修补系统(c)自动焊接修补机器人图1.5 Osaka煤气公司的管道检测机器人系统日本Osaka煤气公司的Y.Kawaguchi等人于1995年研制成功的管道检测机器人系统的行走装置则采用内外轮结构，由电动机驱动的内轮为磁性轮，系统携带彩色摄像头，并通过棱镜改变成像方向，该机器人采用光纤进行通信，可以检测管径为Φ200mm的铁管，一次作业的检测距离不超过500m，该管道检测机器人系统自带电源，电源有普通型电源（8.4V/1.5A）和增强型电源（16.8V/3.0A）两种模式，在这两种电源模式下，管道检测机器人的牵引力、驱动轮的输出扭矩和最大行走速度分别为：1.8kgf/1.5kgf、2.3kgf.cm/6.4kgf.cm和3m/min、5m/min。
机器人的轮子由于具有磁力吸附，每个轮子的吸力达到30kg，因而可在管道的侧面、顶面稳定运行。
管道检测机器人的外形尺寸为：长410mm、宽90mm、高140mm，其重量为4.25kg，如图1.5(a)所示。