管道内检测机器人定位技术研究现状与展望
２０１３年５月 第４１卷第９期 机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｍａｖ ２０１３ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．９
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１３．０９．０４７
管道内检测机器人定位技术研究现状与展望
许红，李著信，苏毅，张镇，李媛媛
（解放军后勤工程学院，重庆４０１３１１）
摘要：随着管道里程的快速增长、管道检测技术的发展以及管道检测机器人的广泛应用，管道内移动机器人的定位技 术凸显出了更加重要的作用。分析国内外管道内检测机器人几种主要定位技术与方法的基本原理及优缺点，从４个方面提 出管道内检测机器人定位技术与方法的发展趋势，为进一步研究不同环境条件下管道内检测机器人的定位问题提供参考和
指导。 关键词：管内机器人；定位；里程轮；测力定位；数据融合 中图分类号：ＴＱ０５０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１（２０１３）９—１７２—４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｒｏｂｏｔ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＸＵ Ｈｏｎｇ，ＬＩ Ｚｈｕｘｉｎ，ＳＵ Ｙｉ。ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅｎ。ＬＩ Ｙｕａｎｙｕａｎ
（Ｔｈｅ Ｌｏｇｉｓｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＰＬＡ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１３１ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｍｉｌｅａｇｅ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ，ｔｈｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｈａｓ ｐｌａｙｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ．Ｔｈｅ
ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｍａｊｏｒ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｆｏｒｅｉｇｎ ｗｅｒｅ ａｎ— ａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ；Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ；Ｍｉｌｅａｇｅ ｗｈｅｅｌ；Ｆｏｒｃｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ；Ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ
目前，我国管道里程达到６万公里，其中原油管
道１．７万公里，天然气管道３．１万公里…。预计到
２０２０年，中国长距离油气管道的建设里程将至少达
到１０～１５万公里。管道对人们生活的影响与作用越
来越重要。随着时间的推移，管道可能发生腐蚀穿
孔、泄漏污染、堵塞爆管等恶性事故，造成生命与财
产的重大损失。为防止事故发生，需要定期对其进行
检测与清理。随着超声、涡流、声发射等缺陷检测技
术的发展以及各类清管设备的产生 ，管道机器人
开始应用于管道工程的定期检测与维修工程。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，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 。机器人自身携带仪器设备检测
管道内壁，当发现管壁缺陷或机器人出现故障时，管
外人员需要知道机器人在管道内的准确位置，以便快
速准确地排除故障，恢复运行。管道内检测机器人的
工作空间是复杂、封闭的各种管道，包括水平直管、 垂直管、斜坡管、各角度弯管以及变径管接口等，其
运行距离一般也较长。受现有通讯设备与定位技术的
制约，管道状况多数不明，往往造成模糊开挖、盲目
报废，资源浪费严重。因此，管道内检测机器人的定
位技术已经成为管道工程亟待解决的问题。
１ 定位技术与方法
目前，国际上关于管道检测机器人定位方法有很
多，主要有以下几种。
１．１里程轮定位法
利用里程轮定位是目前管道检测机器人中使用最
多的定位方法，通常多采用基于光电式转速传感器里
程轮定位 。如图１所示，光电式速度传感器主要由
光源、透镜、带缝隙圆盘、指示缝隙盘、光电器件、
转轴等组成，带缝隙圆盘和里程轮联接于转轴上，形
成固联体同速转动。工作原理为：光源发出的光通过
缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上，当缝隙圆盘
随里程轮和转轴转动时，由于圆盘的缝隙间距与指示
缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出
与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的
脉冲数，可得到单位时问滚过的距离，单位时间的滚
过距离累计起来就是里程轮的行走距离。
收稿日期：２０１２—０４一ｏ９ 基金项目：中国人民解放军总后勤部科研项目（油２００４０２０７） 作者简介：许红（１９８４一），男，博士研究生，从事油气储运工程控制技术及系统研究。Ｅ—ｍａｉｌ：５０４６７３００３＠ｑｑ．ＣＯｒｎ。
第９期 许红等：管道内检测机器人定位技术研究现状与展望 ・１７３・
图１光电式速度传感器测速原理
这种定位方式比较简单，适用于距离较短、管道
内壁状态较好的情况。但是这种计程原理是基于里程
轮与管壁之间无滑动摩擦，不仅传感器的分辨率影响
其计程精度，里程轮与管壁间的作用环境对计程精度
的影响更大，事实上，难以保证里程轮与管壁间无滑
动摩擦。因此，定位精度较低，特别是对中长距离管
道的定位更不能满足精度要求，需要寻求其他定位方
式，这也是目前管道检测定位面临的困难和挑战。文
献［９］中，提出一种新的里程轮信号优选算法，设
计了单片机控制系统，编制该算法程序，并用实验验
证该里程脉冲优选算法的有效性，给出实验数据。结
果表明：该系统可以高效、准确地选择最佳里程轮脉
冲信号；不足之处是这种冗余择优的计程方式使管道
机器人的机构变得复杂，能耗增大，影响机器人的通
过性能。
１．２测力定位法
根据牛顿力学和运动学原理，测力定位法是一种
受管道内部环境影响，１１￣ｔＪ，的管道机器人定位法，能够
保证高精度地独立完成定位。但是，测力定位法还有
很多后续工作需要完成，如：机器人对管道中异常情
况（上下坡、碰撞和剧烈颠簸等）的处理、爬行过
程中由于管道内壁的不平整以及本身运行带来的加速
度测量噪声的滤除等。尤其是，要将测力定位法应用
于长距离管道的独立定位，就得克服其天然的缺
陷——误差的时间累积性，且是以时间的二次方递增
的。因此，可以说测力定位法不适合超长管道的检测
定位，只适合短距离的恶劣环境下高精度定位。因
此，可以考虑利用测力定位法的这一优势使其与其他
定位法取长补短综合运用，提高长距离运行的检测定 位精度 。
１．３视觉ＣＣＤ定位法
视觉定位，是利用视觉传感器来实现运动机械的
位置闭环控制。设计中，视觉传感器是取代传统
“射线定位”的关键技术之一。通过实时识别焊缝图
像来判断焊缝的准确位置，以此构成位置反馈，最终 实现机器人的准确定位 。ＣＣＤ摄像机安装在与焊
缝横截面平行的平面内。通过标定，当ＣＣＤ摄像机
正对焊缝时，使焊缝的视觉图像位于计算机屏幕的正
中间位置。可以利用图像处理的方法实时识别焊缝在
视觉中的位置，并得到焊缝在屏幕中的位置，对其进
行坐标变换确定管内探伤机器人离焊缝的相对位置。
Ｓｕｇｅｎｏ模糊推理算法又称为“代数积一加法一
重心法” ，可以较简洁地解决基于视觉的管道机器
人自主定位控制问题。由前提和各模糊规则得到各子
推理结果，然后采用“加法”将各子推理结果合成
为综合推理结果，由“重心法”得到模糊集合的
“重心”；其输出模糊变量的隶属函数一般是常数或
者一条直线。与常规方法相比，它具有计算效率高、
能够与ＰＩＤ控制器等线性装置较好地配合、输出量具
有线性连续而且可以用数学矩阵的方法进行运算等特
点。由于视觉传感器比码盘测量更直接，而且基于规
则的模糊控制技术是建立在人工经验的基础上的，二
者的结合可使管内作业机器人的“停车定位过程”
具有快速、准确的特点。
１．４基于光纤光栅空间曲率传感器定位方法
这种基于光纤光栅空间曲率传感器全程定位的递
推算法，是为了实现管道机器人在工作时对自身位置
的全程定位¨ 。它是利用光纤光栅空间曲率传感器
检测出管道内检测机器人所处测量点的曲率和相邻测
量点密切平面间夹角，并根据前一测量点的空间位
置、密切平面、切向矢量方向、机器人移动步距等参
数计算当前测量点的空间位置、密切平面和切向矢量
方向。因此，只要给定初始测量点的空间位置、曲
率、切向矢量方向和密切平面，就可以实现管道机器
人的全程定位。同时由该算法得到每一个测量点的管
孔轴心坐标，然后通过曲线拟合求出管孔的轴心轨迹
曲线，从而实现管道内表面形貌的三维重建。
１．５ ＧＰＳ卫星定位法
通过ＧＰＳ定位系统，不但可以实现对管道内检
测机器人的精确定位，还可以定位出该管线附近障碍
物、道路及建筑物等的相对坐标位置。根据定位坐
标，可准确在ＣＡＤ图上绘制出管线的走向、机器人
的位置以及周围参照物的相对位置，根据绘制的图纸
和定出的坐标，可指导在后续的维修施工中准确找到
管线各个损伤点。此定位方法在大庆某采油厂的管线
中得到了很好的应用。但此方法定位费用高，系统较
为复杂，特别是对管线环境要求较高，必须时刻与外
界保持通讯联系，在某些环境恶劣的地段并不适
用 。
１．６基于低频电磁波定位法
由于低频电磁波对金属、土层、海水等介质具有
科技成果——管道机器人技术
科技成果——管道机器人技术
主要研究内容
研究室率先在国内开展了智能管道机器人技术的研究工作，先后得到国家自然科学基金和国家“863”计划的资助。为适应市场经济的需求，不但非常重视基础理论研究，同时努力为与国民经济密切相关的生产部门解决工程实际问题，研究成果在国内外具有一定的影响和知名度。
经多年努力，在管道机器人研究方面形成了如下主要产品：
1、内置动力源管内X射线探伤机器人
适用于管径φ530-φ1400mm，采用蓄电池作为动力源，采用逆变技术将120V直流电转变为220V交流电提供周向X射线发射器。
X射线探伤机器人应用现场
2、管内防腐补口作业机器人
共设计制造了四个机器人，管径范围分别适用于φ89-φ159、φ159-φ273、φ273-φ530、φ530-φ630，完全覆盖了所需工作管道范围，而且机器人视觉系统、控制系统及作业装置均已实现了模块化，解决了工程管道内防腐补口技术的难题。
管道内喷涂机器人
3、X射线检测实时成像管道机器人
适用于管径φ660-φ1400mm，一次充电作业距离为2km。实现自主寻址定位焊缝位置、管内、外旋转机构进行同步旋转，从而完成焊缝的X射线检测和图像采集任务。
实时成像管道机器人
4、抽油泵筒内表面激光改性机器人。
采用YAG激光器，由管内移动机器人拖动光纤，并在机器人前置反射镜将激光反射至泵筒内表面，实现泵筒内表面处理。
激光内表面淬火机器人
应用领域
该系列产品已应用在国家重点工程“陕-京”天然气管线对焊缝隙处X射线检测探伤；上海浦东国际机场航空输油管线防腐涂料内补口；大庆油田注水管线水泥砂浆和涂料内补口；大庆油田抽油泵泵筒内表面激光改性处理等重要场合。这些研究成果解决了工程实际中一些施工难题，取得了良好的社会和经济效益。
管道机器人文献综述
管道机器人文献综述
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管道机器人文献综述
一个联动类型机械式离合器管道检测机器人
摘要
本文提出了一种新的管道检查机器人联动型机械式离合器，它被设计用于直径100mm的管道进行检查。该机器人具有三动力轮链的每一个都有一个机械离合器。使用并行设计的机械式离合器联动机制。管道的运动模型的检测机器人被驱动，并且已经开发它的原始类型。该机器人系统的性能都会验证仿真和实验。
引言
管道机器人机制，它在机器人技术的发展上具有悠久的历史，可以分为几种初等形成的运动模式。因此，已经开发了许多种机制轮型，尺蠖型，腿式移动型等，螺杆式，履带式，猪型和被动型。其中，轮型管道检测机器人大多是流行 [1]
- [9]。在近10年中，差分驱动型机制进行了研究集中在[10] - [12]。差分驱动型通常有三动力链。每条链的速度控制独立，机器人能够通过肘部和T-支行。管道机器人文献综述
2
此外，它有一个大的折叠范围较轮型，螺旋型，PIG型。
近日，管道检测机器人系统与其超过100毫米的小直径已经被关注、自从100mm的管道市场是越来越大了。该大多数室内管道的直径小于100mm。具体来说，清除室内管道直接有关人类健康。因此，清洗和检查在内部管道成为一个重要问题。
通常情况下，管道巡检机器人系统是由机器人机构组成，通信系统，一个电源供应，而中一个用户界面。然而，为了将它应用到真正的的环境中，一些实用的的方面（，如易用的用户）的界面，安全性，水的的证明，和检索功能应该定考虑在内。具体而言，检索功能至关重要的，因为管道内工作的机器人，可以是无序的任何时间。此外，机器人可以卡在在操作过程中的任何原因的管道。在这种情况下，机器人需要采取的管道，通过使用一些检索功能。离合器的概念是一个很好的解决方案检索功能的实现。有两种类型的离合器机械离合器磁粉离合器。通常，该机械式离合器保证了强劲的动力，但它通常是大型，重型，具有复杂的结构。在相反，电磁离合器相对小尺寸，重量轻，有一个简单的结构，但它在电力中有一个限制。
【论文】管道检测机器人结构设计及运动仿真
管道检测机器人结构设计及运动仿真
摘 要
管道检测机器人主要包括三大系统：机械系统、控制系统和检测系统。本文在
分析了机器人总体机械结构和检测原理的基础上，通过精确的力学计算和细致的结
构分析，利用AutoCAD软件对机器人的机械部分，包括整体结构、电机、齿轮、
轴等进行了选择与设计，并对设计方案进行分析与计算。然后利用Solid Edge软件
将管道检测机器人的总体机械结构绘制成三维立体模型。所设计的机器人机械系
统，可通过履带式移动机构满足城市排水管道的工况，并通过加装支撑臂进行30
度的爬坡。通过细致研究，确定了机器人所使用的摄像系统和超声波检测系统。
关键词：排水管道，履带式机器人，超声波无损检测
I 管道检测机器人结构设计及运动仿真
Abstract
A pipeline inspection robot mainly consists of three parts, the mechanical system,
the control system and the detecting system. This paper, based on the analysis of overall
mechanical structure and detecting principle of the robot, by accurate mechanical
calculation together with comprehensive structure analysis, the author has worked out a
unique design for overall structure in AutoCAD software, motor, gears as well as axles
of the robot, and the design scheme has been analyzed and calculated. Then built overall
管道检测机器人的设计与开发
管道检测机器人的设计与开发
摘 要： 设计了针对管径为200 ～ 250mm的管道检测机器人，其中包括移动载体、总体技术路线、数据采集和传输系统的设计。
关键词 管道检测机器人 移动载体 总体技术路线 数据采集与传输
冶金、石油化工及城市水暖供应管道系统的工作环境十分恶劣，长久使用后易出现腐蚀、疲劳破坏最终引发泄漏事故。对管道系统实行定期检测、诊断、清理和维护越来越受到人们的重视。无损检测已成为管道检测的一项重要技术，尤其是管道在役和在线探查成为无损检测技术应用发展的重要方向之一，但是由于管道所处的工作环境常常是人力所不能及，检修非常困难，目前对重要和不允许泄漏的管道采用定期和提前报废的方法。假如采用管道检测机器人对管道进行定期检测、诊断、清理和维护，可以避免巨大的人力、物力及财力的浪费。笔者研究了管道检测机器人工作原理和检测系统设计方法，为开发管道检测机器人技术打下一定的基础。
1 管道检测机器人系统总体概述
管道检测机器人系统主要由移动载体(管道机器人)、传感器、信号传输、驱动、数据采集传输及管内环境识别装置等组成，其中传感器和信号传输装置是核心部分。该机器人在操作人员的程序控制下对管道进行一系列的检测和诊断。笔者设计与研发的机器人是一种较为理想的管道自动化检测设备，该管道检测机器人应满足以下几个
条件:
a．能够使检测方便、直观、高效;
b．在满足工作要求的前提下，机器人的成本经济适用、驱动方式应容易实现;
c．在设计过程中必须对移动载体、数据采集及传输系统和信号传输系统进行详细的研究和模拟，以便适应不同的工作环境;
d．硬件技术成熟，系统搭建简单，可靠性高;
e．软件开发工具和资源丰富，便于开发和算法的实现;
f．为了避免信号失真，确保数据传输质量，在实际工作中对信号采用无线传输。
2 管道检测机器人的设计
2． 1 移动载体
管道机器人作为检测系统的载体，是工作附件的运载工具，驱动电机、控制系统、检测模块都安装在其上，为保证其重量轻，采用了铝合金材料。机器人动力系统采用直流自减速电机驱动，并通过蜗轮蜗杆输出动力。为了使机械自适应管道机器人驱动单元有较大的负载能力、均匀的速度和较强的管道环境适应能力，通过对目前管道机器人结构特点进行分析比较，设计了一种具有管道自适应能力、单节单电机驱动的螺旋推进式管道机器人驱动系统，其三维模型如图 1 所示。
CCTV管道检测机器人
CCTV管道检测机器人采用的是闭路电视系统进行检测的方法。CCTV电视监测系统是一套集机械化与智能化为一体的记录管道内部情况的设备。它对于管道内部的情况可以进行实时影像监视、记录、视频回放、图像抓拍及视频文件的存储等操作，无需人员进入管道内即可了解管道内部情况。
CCTV管道检测机器人
近年来，人们对自然环境、工作环境、工作工具及其方式的要求逐步提高。随着中国城市化建设事业的发展推进，中国西气东输工程的全面启动，特别是大型化工厂、大型天然气厂、大型地下管道处理系统地建成，大型管道组合处理系统设施以其高质量的工作效率、圆形管道结构，占地少、有效工作空间大、美化生活环境等优点得到了广泛的应用。
随着计算机技术的广泛普及和应用，国内外检测技术都得到了迅猛发展，管道检测技术逐渐形成管道内、外检测技术两个分支。
CCTV管道检测机器人是一款高清型管道CCTV检测机器人，可采用平板、笔记本电脑或者专用工业控制器作为主控，自由选择无线或有线方式连接操控，实时显示、存储高清检
测视频。检测过程中，可快速抓取缺陷图片，检测完成后，可立即得到检测报告。此外，可以在检测的过程中实时获取管道的坡度曲线，以此判断管道内部沉积情况。
武汉中仪物联技术股份有限公司是一家以排水管网检测、评估、养护、修复相关技术、设备及材料研发制造为核心产业的高新技术企业，专注于为城市提供智慧排水管网运维信息化整体解决方案。公司集“产、学、研”于一体，经过多年的累积和沉淀，中仪股份已经成为国内管道检测与修复行业的标杆企业，在业内享有“管道检测与修复专家”的美誉。
公司总部设于华中腹地湖北武汉，与中国地质大学、华中科技大学、武汉大学等多家高校及科研机构保持紧密合作，在理论研究、设备研制、工程检测等领域，依托扎实的理论功底和大胆的创新精神，先后研发出一系列技术先进、适用性强、操作简便、稳定耐用的检测、养护及修复设备和软件产品。并在北京、上海、浙江、山东、安徽、江苏、广东、福建、广西等地设有分公司及分销机构，建立了完善的售后服务体系。
清华大学研发微小型管道机器人 实现高效探测
清华大学研发微小型管道机器人 实现高效探测
佚 名
【期刊名称】《电子产品可靠性与环境试验》
【年(卷),期】2022(40)3
【摘 要】据报道,清华大学机械系现代机构学与机器人化装备实验室研发了一种可在亚厘米级管道中高效运动的管道探测机器人,填补了当前细微管道检修探测设备的短缺,有望在航空发动机管路检修等领域中发挥作用。在航空发动机和炼油机等复杂系统中,有大量用于输送水、气体和油的管道。通常,这些管道具有各种直径、变化的曲率,并覆盖较长的距离。为确保它们处于良好的工作状态,需要定期从外部和内部进行管道检修。
【总页数】1页(P124-124)
【正文语种】中 文
【中图分类】TP2
【相关文献】
1.一种小型模块化球形探测机器人系统设计实现2.一种伸缩支撑式双目无线管道探测机器人的设计与实现3.一款轻小型化微功率微多普勒超宽带雷达探测系统的设计与实现4.哈佛大学研发出微流体系统驱动的小型软体机器人5.微小型蠕动管道探测机器人机理研究
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金属磁记忆管道检测机器人的应用研究
第２６卷第１期 ２０１０年１月 后勤工程学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＯＧＩＳＴＩＣＡＩ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１０
文章编号：１６７２—７８４３（２０１０）０１—００４７—０４
金属磁记忆管道检测机器人的应用研究
姜玉泉 ，李著信 ，易 方 ，宋志强 ，闫育京
（１．后勤工程学院军事供油工程系，重庆４０１３１１； ２．６９３２５部队，新疆８４４９００；３．７２８７７部队，山东２６５２０６）
摘要 阐述了金属磁记忆检测技术的基本原理及磁记忆检测机器人的研究现状，
针对存在的问题，基于形态分析法对不同驱动形式的机器人进行优选。提出了一种适用
于１５０ ｍｍ管径的螺旋轮式机器人驱动系统，对机器人的动力系统和检测单元进行设计，
为长输管道磁记忆检测机器人的结构设计和优化提供了有益参考。
关键词管道；检测；金属磁记忆；机器人
中图分类号：ＴＰ２４２．２ 文献标志码：Ａ
Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｒｏｂｏｔ’Ｓ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂａｓｅｄ Ｏ１３ ｔｈｅ Ｍｅｔａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ Ｍｅｍｏｒｙ
ＪＩＡＮＧ Ｙｕ．ｑｕａｎ’ ，ＬＩ Ｚｈｕ．ｘｉｎ ，ＹＩ Ｆａｎｇ’，ＳＯＮＧ Ｚｈｉ。ｑｉａｎｇ ，ＹＡＮ Ｙｕ－ｊｉｎｇ
（１．Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｓｕｐｐｌｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬＥＵ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０１ ３ １ １，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｕｎｉｔ ６９３２５，Ｘｉｎｊｉａｎｇ ８４４９００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｕｎｉｔ ７２８７７，Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６５２０６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔＭ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｍｏｒｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｍａｇ— ｎｅｔｉｓｍ ｍｅｍｏｒｙ ｅｘａｍｉｎｅ ｒｏｂｏｔｓ ａｒｅ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｒｏｂｏｔ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ａｎａｌｙｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ．Ｏｎｅ ｋｉｎｄ ｏｆ ｓｃｒｅｗ ｗｈｅｅｌｅｄ ｒｏｂｏｔ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ １ ５０ ｍｍ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ’Ｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｏｎｇ・ｄｉｓｔａｎｃｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｍｅｔａｌ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｍｏｒｙ＇ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｏｂｏｔ’Ｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｔｅｓｔｉｎｇ；ｍｅｔａｌ ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ｍｅｍｏｒｙ；ｒｏｂｏｔ
管道巡检机器人的设计与实现
管道巡检机器人的设计与实现
随着工业自动化的不断发展，各行各业对于机器人的需求也越来越高。在石油、化工等行业中，管道的巡检一直是一项重要且繁琐的工作。传统的管道巡检方式需要人工参与，不仅费时费力，而且存在安全隐患。因此，设计并实现一款管道巡检机器人成为了行业内的迫切需求。
一、设计理念
管道巡检机器人的设计理念是结合机器人技术与无人机技术，通过对管道进行全方位的巡检，确保管道的正常运行。机器人需要具备自主导航、障碍物避让、安全监测等功能，以应对复杂和危险的工作环境。
二、关键模块
（一）自主导航模块：机器人需要通过激光雷达、视觉传感器等设备获取周围环境的信息，并通过内置的导航系统确定行进路径。同时，机器人需要具备SLAM（Simultaneous
Localization and Mapping，同时定位与地图构建）能力，以保证行进轨迹的准确性和稳定性。
（二）机械臂模块：为了能够对管道进行全方位的巡检，机器人需要搭载灵活且可伸缩的机械臂。机械臂上配备摄像头、传感器等设备，可以对管道的细节进行检查和记录。机械臂模块还需要具备深度学习算法，能够对检测到的异常情况进行分析和预警。
（三）传感器模块：机器人需要搭载各种传感器，如温度传感器、振动传感器、气体检测传感器等，以实时监测管道的运行状态。这些传感器要能够准确感知管道内部的各项指标，并将数据传输给控制中心，以便对异常情况及时处理。 （四）通信模块：机器人要能够与控制中心实时进行数据交互和信息传输。通过无线通信技术，机器人可以将巡检数据、管道状态等信息上传到云端，以供后续的数据分析和处理。
三、实现技术
（一）导航定位技术：利用激光雷达、视觉传感器等设备获取机器人周围环境的信息，通过内置的导航系统进行路径规划和优化，从而实现自主导航的能力。
（二）机械臂技术：采用灵活且可伸缩的机械臂，通过精确控制机械臂的运动，实现对管道的巡检。同时，机械臂上配备的摄像头、传感器可以获取管道内部的详细信息。
供热管道内检测机器人发展现状及关键技术
供热管道内检测机器人发展现状及关键技术
供热管道是城市供热系统的重要组成部分，其安全稳定运行对于保障居民的温暖过冬至关重要。然而，由于长期使用、腐蚀、磨损等原因，供热管道可能会出现各种缺陷和故障，如裂缝、腐蚀坑、堵塞等。为了及时发现和评估这些问题，保障供热管道的安全运行，供热管道内检测机器人应运而生。
一、供热管道内检测机器人的发展现状
1、 国外发展现状
在国外，一些发达国家早在几十年前就开始了对供热管道内检测技术的研究。例如，德国、美国、日本等国家的相关企业和科研机构已经研发出了多种类型的供热管道内检测机器人，并在实际应用中取得了良好的效果。这些机器人通常具有较高的检测精度和可靠性，能够适应不同管径和工况的供热管道。
2、 国内发展现状
相比之下，我国在供热管道内检测机器人领域的研究起步较晚，但近年来发展迅速。目前，国内一些高校、科研机构和企业也在积极开展相关研究和开发工作，并取得了一定的成果。一些国产的供热管道内检测机器人已经开始在部分地区进行试点应用，但其性能和可靠性与国外先进产品相比仍存在一定差距。 二、供热管道内检测机器人的类型
1、 漏磁检测机器人
漏磁检测是一种常用的无损检测方法，漏磁检测机器人通过在管道内产生磁场，并检测磁场的变化来判断管道是否存在缺陷。这种机器人具有检测速度快、准确性高的优点，但对于较小的缺陷容易漏检。
2、 超声检测机器人
超声检测机器人利用超声波在管道壁中的传播和反射来检测缺陷。它能够检测出较小的缺陷，并且对管道壁的厚度测量较为准确，但检测效率相对较低。
3、 涡流检测机器人
涡流检测机器人通过在管道内产生涡流，并检测涡流的变化来判断管道的缺陷情况。这种机器人对表面缺陷检测较为敏感，但对深层缺陷的检测能力有限。
三、供热管道内检测机器人的关键技术
1、 驱动与行走技术
供热管道内检测机器人需要在管道内自由行走，因此驱动与行走技术是关键之一。目前，常见的驱动方式有轮式、履带式和蠕动式等。轮式驱动速度快，但在复杂管道内的适应性较差；履带式驱动稳定性好，但结构复杂；蠕动式驱动适用于小管径管道，但行走速度较慢。因此，需要根据不同的管道工况选择合适的驱动方式。 2、 定位与导航技术
毕业设计-管道检测作业机器人(总体设计)
机电工程学院
中南大学
本科生毕业论文（设计）
题 目 管道检测作业机器人
总体设计
学生姓名 XXXX
指导教师 XXXX
学 院 机 电 工 程 学 院
专业班级 机电XXX班
完成时间 2010年 6月 8日
中 南 大 学
毕业论文（设计）任务书
毕业论文（设计）题目 管道检测作业机器人总体设计
题目类型]1[ 工程设计 题目来源[1]___教师科研题
毕业论文（设计）时间从 2010年 3 月1 日 至2010年 6 月 8 日
毕业论文（设计）内容要求：
（1）技术指标：（a）自适应管道直径为270-300mm，驱动力＞800N；（b）在管道内的移动速度大于10cm/s；（c）能通过曲率半径600mm，总长为10m的倒U型管道；（4）能够搭载微型CCD和无损检测传感器对管道内的裂纹和腐蚀缺陷等进行检测与修补作业。
（2）完成总体方案设计、总体布局和结构确定，行走机构原理设计、控制电机选型等。
（3）要求具有电缆控制和遥控两种功能。完成传感检测原理与检测作业功能装置设计与控制系统方案。
1.具体完成下列设计工作：
（1）查阅文献和实习，了解国内外管道检测作业机器人的现状和发展趋势，并翻译相关资料一篇；
（2）按要求完成管道检测作业机器人功能设计与总体方案设计；
（3）完成管道检测作业机器人总体布局、结构设计计算与行走方式确定；
（4）完成传感检测系统方案、传感器选型与检测功能布置设计；
（5）整理相关资料，撰写设计说明书。
要求设计图纸不少于4张1#图，设计说明书不少于50 页。
[1]题目类型：(1)理论研究(2)实验研究(3)工程设计(4)工程技术研究(5)软件开发