油气管道检测机器人
油气管道机器人检测技术的研究与应用
油气管道机器人检测技术的研究与应用随着能源需求的日益增长，油气产业已经成为了全球发展速度最快的行业之一。
而传输这些能源的管道系统，也是产业发展的重要组成部分。
然而，由于管道系统的密闭性和长度，常规的检测方式往往难以满足精度和效率的要求。
因此，油气管道机器人检测技术的研究与应用，成为了行业内的一个重要话题。
一、油气管道机器人检测技术的背景在传统的管道测量过程中，需要进行一系列的准备工作，包括清洗管道、封堵、充气等等，整个过程非常繁琐。
同时，传统的检测方式往往要依赖人工操作，存在一定的安全隐患和精度问题。
因此，研究和应用机器人技术来实现管道检测，成为了一种新的选择。
随着科技的不断进步，机器人技术取得了长足的发展。
利用机器人技术进行油气管道检测已经成为了一种主流的趋势。
与人工操作相比，利用机器人技术进行管道检测具有非常明显的优势。
机器人可以在更短的时间内完成检测任务，并且可以减少对管道系统的影响。
机器人也具有更高的精度和准确度，可以有效提高管道检测的质量。
二、油气管道机器人检测技术的原理油气管道机器人检测技术的核心在于利用机器人设备，对管道系统进行内部检测。
由于管道系统的特殊性，机器人需要具备以下功能：准确定位、快速移动、高精度测量、满足管道特殊要求等等。
机器人的准确定位是非常重要的，作为检测设备，机器人需要具备高精度测量的能力，能够快速准确地确定管道内部的位置和畸变程度。
同时，机器人还需要具备高效率的移动能力。
机器人的运动需要非常迅速，以便在尽可能短的时间内完成检测任务。
此外，机器人还需要具备一定的探测能力，以满足不同管道的要求。
比如，如果是对于有一定弯曲程度的管道进行检测，机器人需要具备柔性探头，以便能够灵活地进入到弯曲的管道内部。
如果是要对管道的腐蚀程度进行检测，机器人就需要具备使用各种不同的传感器来进行检测。
三、油气管道机器人检测技术的应用案例目前，油气管道机器人检测技术已经投入了广泛的应用。
2024年管道检测机器人市场发展现状
2024年管道检测机器人市场发展现状介绍管道检测机器人是一种能够在管道内进行检测和维护工作的自主机器人。
随着工业和城市化的发展，管道网络的规模不断扩大，同时也带来了管道的老化和损坏问题。
传统的管道检测方式通常需要人工进入管道内进行检测，不仅耗时费力，而且存在安全风险。
而管道检测机器人则能够替代人工，高效地进行管道内部的检测和维护工作，因此在市场上受到了广泛关注。
市场规模和增长趋势据市场研究机构的数据显示，目前全球管道检测机器人市场规模已经超过XX亿美元，并预计在未来几年内将以每年XX%的复合增长率增长。
这主要得益于管道网络的不断扩大和老化管道的更新需求。
市场驱动因素1. 节省成本和提高效率管道检测机器人可以实现自主巡检，省去了人工进入管道进行检测的时间和人力成本。
同时，机器人能够高效地进行检测，减少了管道停产的时间，提高了工作效率。
2. 安全性和可靠性需求传统的管道检测方式需要人员进入狭小的管道内进行作业，存在一定的安全风险。
而机器人可以代替人工，减少人员伤亡风险，提高作业可靠性。
3. 管道网络规模扩大和老化问题随着城市化进程的加快，管道网络不断扩大，同时已建成的管道也逐渐老化。
这些老化管道需要进行定期检测和维护，而传统的人工检测方式效率低下，无法满足需求。
市场竞争格局目前，管道检测机器人市场呈现出竞争激烈的态势。
主要竞争者包括国内外的机器人制造商和相关技术提供商。
它们通过不断创新和技术改进来争夺市场份额。
技术发展趋势随着人工智能和机器学习技术的不断进步，管道检测机器人的智能化程度将大幅提升。
未来的机器人将具备更强的自主导航能力和智能识别能力，可以更加准确地进行管道内部的检测和维护工作。
同时，机器人的传感器技术也在不断革新，例如超声波、红外线和激光等传感器的应用将使机器人能够更全面地检测管道内部的情况，并精确地定位问题所在。
此外，无人机等新兴技术也逐渐应用于管道检测领域，为机器人的巡检提供了更广阔的视野和更大的灵活性。
高温环境下机器人的油气管道巡检与维护技术
高温环境下机器人的油气管道巡检与维护技术随着现代工业的发展，油气管道的重要性日益凸显，对管道的巡检与维护也变得尤为关键。
然而，在高温环境下进行管道巡检和维护是一项具有挑战性的任务。
为了提高效率、降低风险并确保工作人员的安全，机器人技术在高温环境下油气管道巡检与维护中被广泛应用。
本文将介绍一些高温环境下机器人的油气管道巡检与维护技术。
1. 机器人选择与设计在高温环境下进行油气管道巡检与维护时，机器人的选择与设计是至关重要的。
首先，机器人需要具备出色的耐高温性能，能够在高温环境下长时间工作。
其次，机器人需要具备良好的机动性和操作性，能够在狭窄的管道内自由移动。
最后，机器人需要搭载先进的传感器和仪器，能够对管道的状况进行准确监测和检测。
2. 热辐射防护技术高温环境下机器人的油气管道巡检与维护面临着严重的热辐射问题。
为了保护机器人免受高温辐射的影响，需要采取有效的热辐射防护技术。
一种常见的方法是使用高温防护涂层，将涂层涂覆在机器人表面，以提高机器人对高温的耐受性。
此外，还可以采用隔热结构设计，将机器人与高温环境隔离开来。
3. 传感器技术传感器技术在高温环境下机器人的油气管道巡检与维护中起着重要的作用。
传感器可以监测管道的温度、压力和流量等关键参数，并及时向操作人员报告异常情况。
此外，采用红外线传感器可以对管道表面的温度进行无接触测量，提供更准确的数据。
4. 图像处理与识别技术在高温环境下，管道内往往存在着复杂的结构和污染物。
为了准确地检测管道的状况，需要使用图像处理与识别技术。
机器人搭载高分辨率的摄像头，能够获取管道内部的实时图像。
通过图像处理算法，可以检测管道内壁的损伤、腐蚀和闭塞等问题，并及时采取措施进行修复。
5. 无线通信技术无线通信技术在高温环境下机器人的巡检与维护中起着重要的作用。
通过无线通信技术，机器人可以将巡检和监测数据实时传输给操作人员，使其了解管道的实际运行情况。
同时，操作人员也可以通过远程控制机器人，进行必要的操作和维护，提高工作效率。
基于机器人的海底油气管道巡检机器人设计
基于机器人的海底油气管道巡检机器人设计随着人类对于能源需求的不断增长，海底油气开发已经成为了一项重要的能源供应方式。
然而，海底油气开发面临着很大的风险，其中之一就是海底油气管道的损坏问题。
在深海环境下，海底油气管道受到的自然因素影响非常大，比如海浪、海流、海底地震等等，这些都可能导致管道受损。
为了解决这一问题，研发一种基于机器人的海底油气管道巡检机器人已经变得非常必要。
这种机器人能够在海底环境下进行巡检任务，及时发现管道损坏并进行修补，保证海底油气开发的安全。
一、机器人系统的设计机器人设计是基于深海环境下的实际需求。
对于机器人的设计，需要考虑以下几个方面的因素：1.机器人外形尺寸适宜于在狭窄的海底油气管道内部进行巡检和修补作业。
2.机器人应该配备多种传感器和探测设备，能够识别不同类型的管道损伤并进行修补。
3.机器人应该具备自主导航和避障能力，能够在深海环境下进行长时间工作。
4.机器人需要搭载电池和维修设备，能够在海底进行保养和维护。
因此，机器人系统应该包括以下几个模块：1.机械机构模块机械机构模块包括机器人外壳、行动系统和机械臂等组成部分。
机器人外壳应该小巧轻便，以适应各种狭窄的海底油气管道内部环境。
行动系统应该能够实现在不同方向的移动，在海底进行长时间工作。
机械臂应该具有良好的力量和灵活性，能够在海底对各种不同类型的管道损伤进行维修。
2.控制器机器人的控制器应该是一个模块化的设计，以便于集成多种控制器。
应该具备高精度控制和多任务运作的能力，能够实现机器人的自主导航和避障等功能。
3.传感器和探测器机器人应该配备多种传感器和探测器，以便能够检测不同类型的管道损伤。
例如，声学传感器能够检测管道内部的声音反射变化，磁力传感器能够检测管道表面的磁场变化，光学传感器能够检测管道的表面材质变化等等。
4.电源和维修设备机器人需要搭载电池以提供动力，同时还应该搭载维修设备，方便在深海环境下进行保养和维护。
二、关键技术分析为了完成机器人系统的设计，需要考虑以下几个关键技术：1.机器人的自主导航与避障机器人需要具备自主导航和避障能力，能够在深海环境下进行长时间工作。
水下机器人油气管道安全巡检技术研究
水下机器人油气管道安全巡检技术研究随着石油和天然气资源的不断开发，油气管道的安全问题引起了越来越多的关注。
为了保障油气管道的安全运营，水下机器人油气管道安全巡检技术应运而生。
本文将从水下机器人技术、油气管道巡检需求以及相关研究成果等方面进行探讨。
第一部分：水下机器人技术概述水下机器人是一种能够在水下环境中进行各项任务的机器人系统。
它具备自主行动、控制和感知能力，可以在水下进行各种工作，如勘测、检查、维修等。
随着科技的进步，水下机器人的技术不断突破，其在油气管道巡检中的应用也日益广泛。
水下机器人在油气管道巡检中的优势主要体现在以下几个方面：1. 安全性：水下机器人可以代替人工进行巡检任务，减少了人员在水下环境下的风险，提高了工作的安全性。
2. 效率性：水下机器人能够快速而准确地执行任务，不受时间和空间的限制，大大提高了巡检效率。
3. 精准性：水下机器人配备了各种传感器和摄像设备，能够高清地获取管道的图像和数据，并进行实时监测和分析。
4. 经济性：与传统的人工巡检相比，水下机器人巡检的成本更低，能够节省人力和资源，并减少巡检过程中的人为损失。
第二部分：油气管道巡检需求油气管道的巡检工作是保障其安全运营的重要环节。
传统的油气管道巡检主要依靠人工的方式进行，工作效率低下，存在风险。
因此，引入水下机器人技术来完成巡检任务能够有效解决这些问题。
水下机器人在油气管道巡检中的具体需求主要包括以下几个方面：1. 管道状况检测：水下机器人应具备能够获取油气管道内部状况的能力，识别管道的异常情况，如腐蚀、裂纹等，并及时生成报告和预警。
2. 管道泄漏检测：水下机器人应具备对管道泄漏进行检测的能力，能够及时发现泄漏点的位置和大小，提供准确的泄漏信息，为修复工作提供依据。
3. 管道安全防护：水下机器人应具备安全防护能力，能够应对突发事件的发生，如火灾、爆炸等，保障自身和油气管道的安全。
4. 数据监测和传输：水下机器人应能够高效地获取和存储油气管道巡检的数据，同时具备可靠的数据传输功能，保障数据的安全和准确性。
油气管道三轴高清漏磁内检测机器人设计验证
㊀２０２０年㊀第１２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２０㊀Ｎｏ．１２㊀收稿日期：２０１８－１２－１２油气管道三轴高清漏磁内检测机器人设计验证郭晓婷，杨㊀亮，宋云鹏，诸海博，宋华东，王宇楠，徐春风（沈阳仪表科学研究院有限公司，辽宁沈阳㊀１１００４３）㊀㊀摘要：腐蚀㊁裂纹㊁焊缝㊁机械损伤等各种缺陷是造成油气管道泄漏事故主要原因㊂为保障管道安全运行，最可行的解决方案是定期进行管道内检测㊂三轴高清漏磁内检测机器人在检测能力和置信度水平等多方面优于传统单轴漏磁内检测器㊂文中介绍了三轴高清漏磁内检测机器人ＨＢ－ＩＭ－２７３的结构及功能，该检测器主体由漏磁测量节㊁数据采集舱及电池舱组成，通过不同速度（０．５ ３ｍ／ｓ）管道牵拉实验验证设备整体可靠性较好，并可识别多种管道缺陷㊂关键词：管道内检测；三轴；漏磁；机器人；牵拉实验；缺陷识别中图分类号：ＴＧ１１５㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）１２－００５３－０５ＤｅｓｉｇｎａｎｄＶａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆＴｈｒｅｅ⁃ａｘｉｓＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭａｇｎｅｔｉｃＦｌｕｘＬｅａｋａｇｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎＲｏｂｏｔｆｏｒＯｉｌａｎｄＧａｓＰｉｐｅｌｉｎｅｓＧＵＯＸｉａｏ⁃ｔｉｎｇ，ＹＡＮＧＬｉａｎｇ，ＳＯＮＧＹｕｎ⁃ｐｅｎｇ，ＺＨＵＨａｉ⁃ｂｏ，ＳＯＮＧＨｕａ⁃ｄｏｎｇ，ＷＡＮＧＹｕ⁃ｎａｎ，ＸＵＣｈｕｎ⁃ｆｅｎｇ（ＳｈｅｎｙａｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００４３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｏｉｌａｎｄｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｌｅａｋａｇｅａｃｃｉｄｅｎｔｓｆｒｏｍｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｏｖｅｒｓｅａｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｒｅａｔｅｎｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｗｅｒｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｓ，ｃｒａｃｋｓ，ｗｅｌｄｊｏｉｎｔｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄａｍａｇｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｏｉｌａｎｄｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｓ，ｔｈｅｍｏｓｔｆｅａｓｉｂｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎｗｈｉｃｈｗａｓｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｌｙｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄｗａｓｔｏｃｏｎｄｕｃｔｒｅｇｕｌａｒｐｉｐｅ⁃ｌｉｎｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ．Ｉｎｍａｎｙｒｅｓｐｅｃｔｓ，ｓｕｃｈａｓｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｔｈｒｅｅ⁃ａｘｉｓｈｉｇｈｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｏｒｗａｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｉｎｇｌｅ⁃ａｘｉｓｄｅｔｅｃｔｏｒ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆａｔｈｒｅｅ⁃ａｘｉｓｈｉｇｈｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｍａｇ⁃ｎｅｔｉｃｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｒｏｂｏｔｎａｍｅｄＨＢ－ＩＭ－２７３ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙｏｕｒｓｅｌｖｅｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｒａｃｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎａｐｉｐｅｌｉｎｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｅｄｓ（０．５ ３ｍ／ｓ），ｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅｍｅａｓｕｒｅ⁃ｍｅｎｔｓｅｃｔｉｏｎ，ａｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｂｉｎａｎｄａｂａｔｔｅｒｙｃａｂｉｎ．Ｔｈｅｒｏｂｏｔｃｏｕｌｄａｌｓｏｉｄｅｎｔｉｆｙａｖａｒｉｅｔｙｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｔｅｒｎａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｔｈｒｅｅａｘｉｓ；ｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅ；ｒｏｂｏｔ；ｔｒａｃｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｄｅｆｅｃｔｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ０㊀引言各种油气管道由于长时间运行和其他各种原因会产生腐蚀㊁裂纹等缺陷，导致其内部运输介质泄漏事故，对环境与安全造成影响㊂为保证油气管道的安全运行，智能内检测技术是管道安全的有效手段［１－３］㊂漏磁检测技术是目前应用广泛㊁技术成熟的一种油气管道智能检测技术㊂检测器上装有强磁铁用以磁化管壁，并在管壁中产生磁场，安装在智能检测器上的漏磁传感器可检测到管壁内的磁场分布及其变化信号，可检测出管道缺陷（如管壁腐蚀㊁外接金属物及焊缝等），漏磁检测的精度与传感器的精度与数量有关［４－６］㊂本文介绍了一种油气管道三轴高清漏磁内检测器ＨＢ－ＩＭ－２７３，该检测器主体由漏磁测量节㊁数据采集舱及电池舱组成㊂通过牵拉实验测试该检测器功能及可靠性，并将管道实际缺陷与测量信号进行了对比分析㊂１㊀油气管道漏磁内检测原理１．１㊀漏磁检测原理漏磁检测原理如图１所示㊂当铁磁性材料在磁场中被磁化时，材料表面或近表面存在的缺陷或组织状态变化会使导磁率发生变化，即磁阻增大，使磁路中的磁通量发生相应的畸变，除了一部分磁通直接穿越缺陷或在材料内部绕过缺陷以外，还有一部分磁通会离开材料表面，通过空气绕过缺陷后再进入材料，从而在材料表面缺陷处形成漏磁场㊂利用磁敏探头探查漏磁通的存在，采集漏磁信号，通过对信号的分析即可确定管道壁的受损情况，因而称为漏磁检测㊂其检测的穿透性较强，对结构内部的缺陷有较高的灵敏度与响应［７－９］㊂１．２㊀油气管道漏磁内检测器油气管道漏磁内检测器结构示意图如图２所示，由测量节㊁数据采集舱及电源舱组成㊂励磁装置及三轴高清数字传感器探头安装在测量节，用于磁化管壁与测量漏磁信号㊂数据采集舱内部装有控制及采集电路，负责控制漏磁探头的数据采集过程以及测量数㊀㊀㊀㊀㊀５４㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＤｅｃ．２０２０㊀图１㊀漏磁检测原理图２㊀管道漏磁内检测器结构示意图据的预处理和存储，是内检测的核心㊂电池舱为内检测器提供电源，保证内检测器在管道内部运行过程中正常运转［１０－１１］㊂１．３㊀三轴漏磁检测原理管道内三轴示意图如图３所示㊂图３㊀管道内三轴示意图三轴漏磁内检测器工作原理与传统单轴漏磁内检测器基本相同，其区别是三轴漏磁内检测器在一个传感器内轴向正交布置了３个霍尔传感器，分别测量管道轴向㊁周向及径向的磁通量变化情况㊂因此，这种多维数据综合反应了管道内部缺陷的尺寸特征，提高了不同类型缺陷的探测能力和缺陷尺寸的测量精度［１２］㊂１．４㊀三轴漏磁信号图４为４０ｍｍˑ４０ｍｍˑ０．８ｍｍ矩形缺陷的三轴漏磁信号二维曲线图㊂可以看出，漏磁场的轴向分量关于纵轴对称；径向分量关于原点对称，且在靠近原点两侧各有一个大小相等㊁方向相反的极值㊂研究表明：轴向㊁径向和周向信号的幅值表示缺陷的深度信息；三轴信号的跨度表示缺陷的长度信息；信号的条带数表示缺陷的宽度信息［１３－１５］㊂２㊀漏磁内检测机器人设备２．１㊀机器人整机２７３管径三轴高清漏磁内检测机器人设备主要由漏磁测量节㊁数据采集舱及电池舱组成，如图５所示，图５中１Ｇｓ＝１０－４Ｔ㊂漏磁测量节由２４个漏磁探头组成，每个探头内封装有４组三轴漏磁传感器㊂因此，整（ａ）轴向（ｂ）径向（ｃ）周向图４㊀矩形缺陷的三轴漏磁信号图５㊀三轴高清漏磁内检测机器人个圆周上每个轴向上有９６个传感器，平均３．７５ʎ分布１个漏磁传感器㊂２．２㊀磁路系统结构该设备磁路系统如图６所示，由钢刷㊁磁铁㊁磁轭㊁探头㊁探头座组成㊂磁铁通过钢刷导磁，以磁化管壁㊂探头通过探头座固定于磁轭上㊂探头与管壁贴合，可测量管壁内外有无缺陷情况㊂２．３㊀探头内部结构漏磁复合传感器探头组成结构如图７所示㊂三轴漏磁传感器经过Ｉ２Ｃ通讯协议传输到ＡＲＭ－ＳＴＭ３２控制探头系统㊂利用ＰＣＢ打印涡流传感器线圈，代替传㊀㊀㊀㊀㊀第１２期郭晓婷等：油气管道三轴高清漏磁内检测机器人设计验证５５㊀㊀图６㊀磁路系统结构图７㊀复合传感器探头结构框图统的手工缠绕线圈，减少了线圈体积空间，增强了线圈的稳定性及不易损性㊂涡流线圈经过控制系统提供的激励，检测的信号经过涡流线圈接收电路进行接收，通过ＳＰＩ协议传输给ＡＲＭ－ＳＴＭ３２控制探头系统㊂由控制系统进行采集和存储后，经过数据输出驱动器传输到１．５ｍ外的数据采集系统㊂２．４㊀数据采集及存储系统涡流线圈经过激励后，通过涡流传感器线圈接收电路对其信号进行接收，接收电路图如图８所示㊂图８㊀涡流传感器线圈接收电路结构图线圈的两端分别接入ＩＮＡ㊁ＩＮＢ信号端，电路处理过程中，由ＬＣ振荡激励电路为涡流传感器线圈提供激励电压㊁激励频率等参数，当涡流传感器线圈检测到管壁内壁缺陷时，发生阻抗变化，由电感值测量电路检测到电感值，经过寄存器和逻辑处理器处理后，进行阈值比较，转成ＳＰＩ通讯协议输出信号，从而判断管壁的缺陷情况㊂图９为数据采集存储结构㊂由ＳＰＩ通讯协议输出的ＣＳＢ㊁ＳＣＬＫ㊁ＳＤＩ㊁ＳＤＯ信号经过传输线传输到单片机采集系统，单片机主控选图９㊀数据采集存储结构图择ＡＲＭ－ＳＴＭ３２系列芯片㊂其中，ＣＬＫＩＮ表示外部时基时钟输入，ＣＬＤＯ外接一个１５ｎＦ电容从引脚连接到ＧＮＤ，ＣＳＢ表示可以将多个通道连接在相同的ＳＰＩ总线上，ＳＣＬＫ表示ＳＰＩ通讯协议时钟输入，ＳＤＩ表示ＳＰＩ数据输入连接到ＳＰＩ主机的ＭＯＳＩ，ＳＤＯ表示ＳＰＩ数据输出连接到ＳＰＩ主机的ＭＩＳＯ㊂传感器检测数据经过ＳＰＩ协议，传输到ＡＲＭ－ＳＴＭ３２控制探头系统，系统中包含高精度时钟模块㊁稳压电源模块㊁存储模块㊁总线协议模块㊁ＦＡＴＦＳ文件管理模块对传感器数据进行采集和存储，并通过显示模块显示当前输出信号㊂３㊀漏磁内检测机器人现场测试及数据分析３．１㊀现场牵拉实验为验证设备可靠性与功能完整性，进行设备投产前牵拉实验㊂该设备牵拉前后状态如图１０所示㊂在不同速率下（０．５ ３ｍ／ｓ），共在管道内牵拉１２次，总运行里程约１ｋｍ㊂实验完成后，该设备整体结构完好㊂（ａ）牵拉实验前（ｂ）牵拉实验后图１０㊀现场牵拉实验前后检测器状态图㊀㊀㊀㊀㊀５６㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＤｅｃ．２０２０㊀３．２㊀采集数据分析图１１ 图１３分别为管道焊缝㊁外加金属及金属缺失实物图及检测器采集到的三轴漏磁信号曲线㊂由（ａ）管道焊缝实物图（ｂ）周向管道焊缝（ｃ）轴向管道焊缝（ｄ）径向管道焊缝图１１㊀管道焊缝与三轴数据分量图图中可以看出，检测器对管道焊缝㊁外加金属及金属缺失检出效果明显㊂焊缝与金属增加曲线信号变化方向相同，而与金属缺失信号曲线方向相反㊂根据曲线变化情况可分辨缺陷类型㊂（ａ）管道外加金属实物图（ｂ）周向信号管道外加金属（ｃ）轴向信号管道外加金属（ｄ）径向信号管道外加金属图１２㊀管道外加金属与三轴数据分量图㊀㊀㊀㊀㊀第１２期郭晓婷等：油气管道三轴高清漏磁内检测机器人设计验证５７㊀㊀（ａ）管道金属缺失实物图（ｂ）周向信号金属缺失（ｃ）轴向信号金属缺失（ｄ）径向信号金属缺失图１３㊀管道金属缺失与三轴数据分量图４㊀结论本文研发的油气管道三轴高清漏磁内检测器ＨＢ－ＩＭ－２７３，主体由漏磁测量节㊁数据采集舱及电池舱组成㊂通过牵拉实验测试该检测器功能及可靠性，并将管道实际缺陷与测量信号进行了对比分析，得到以下结论：经过不同速度条件下（０．５ ３ｍ／ｓ）牵拉实验检验，设备整体可靠性较好；三轴传感器能够明确分辨出各种类型管道缺陷，包括焊缝㊁外加金属㊁金属缺失等㊂参考文献：［１］㊀鲍庆军，帅健．油气管道内检测技术研究进展［Ｊ］．当代化工，２０１７，４６（２）：２９８－３０１．［２］㊀ＨＵＡＮＧＫ．３⁃Ｄｄｅｆｅｃｔｐｒｏｆｉｌｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｆｒｏｍｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｌｅａｋａｇｅｓｉｇｎａｔｕｒｅｓｕｓｉｎｇｗａｖｅｌｅｔｂａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｄ］．Ａｍｅｓ：ＩｏｗａＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０００．［３］㊀杨理践，沈博，高松巍．应用于管道内检测器的管道地理坐标测量方法［Ｊ］．仪表技术与传感器，２０１３（１１）：８４－８７．［４］㊀刘刚．管道漏磁内检测关键技术问题研究［Ｄ］．沈阳：沈阳工业大学，２０１０．［５］㊀吴欣怡，赵伟，黄松岭．基于漏磁检测的缺陷量化方法［Ｊ］．电测与仪表，２００８，４５（５）：２４－２６；４１．［６］㊀杨理践，耿浩，高松巍．长输油气管道漏磁内检测技术［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１６，３７（８）：１７３６－１７４６．［７］㊀冯庆善，张海亮，王春明，等．三轴高清漏磁检测技术优势及应用现状［Ｊ］．油气储运，２０１６，３５（１０）：１０５０－１０５４．［８］㊀杨理践，邢磊，高松巍．三轴漏磁缺陷检测技术［Ｊ］．无损探伤，２０１３，３７（１）：９－１２．［９］㊀廖肖晓，周绍骑，刘胜群．三轴交流漏磁检测的有限元仿真［Ｊ］．自动化与仪器仪表，２０１５（９）：１４－１８．［１０］㊀白港生，徐志，吴楠勋．三轴高清晰度漏磁腐蚀检测器的研制［Ｊ］．石油机械，２０１４，４２（１０）：１０３－１０６．［１１］㊀单少卿，陈世利，靳世久，等．高清晰度三轴管道内检测器漏磁数据采集系统［Ｊ］．传感器与微系统，２０１２，３１（５）：１１８－１２１．［１２］㊀王富祥，冯庆善，张海亮，等．基于三轴漏磁内检测技术的管道特征识别［Ｊ］．无损检测，２０１１，３３（１）：７９－８４．［１３］㊀丁战武，何仁洋，刘忠．管道漏磁检测缺陷信号的仿真分析与量化模型［Ｊ］．无损检测，２０１３，３５（３）：３０－３３．［１４］㊀吴德会，刘志天，苏令锌．双传感器差分峰值侦测的漏磁检测新方法［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１６，３７（６）：１２１８－１２２５．［１５］㊀刘金海，付明芮，唐建华．基于漏磁内检测的缺陷识别方法［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１６，３７（１１）：２５７２－２５８１．作者简介：郭晓婷（１９８７ ），工程师，硕士，主要研究方向为管道内无损检测技术研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｔｉｎｇｔｉｎｇ０９２４＠１６３．ｃｏｍ杨亮（１９８５ ），工程师，博士研究生，主要研究方向为管道检测技术研究及相关设备研发㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙａｎｇｌｉａｎｇ８５０２２３＠１６３．ｃｏｍ。
管道机器人应用场景
管道机器人应用场景管道机器人是一种能够在管道内进行作业和检测的智能机器人，它可以在狭小的空间中执行各种任务，如检测管道的安全性、维修管道的故障等。
管道机器人的应用场景非常广泛，下面将介绍几个典型的应用场景。
管道机器人在石油和天然气行业中有着重要的应用。
石油和天然气管道是能源运输的重要通道，但由于长期使用和外界因素的影响，管道内部会积累大量的沉积物和腐蚀物，这可能导致安全隐患和能源损失。
管道机器人可以通过高清摄像头、传感器等设备检测管道内部的问题，并及时进行修复和清理，确保管道的安全运行。
管道机器人在城市基础设施维护中起到了重要的作用。
城市中的供水、供气、供电等基础设施都需要通过管道进行输送，而这些管道往往隐藏在地下或建筑物内部，难以检测和维护。
管道机器人可以通过巡检和维修，及时发现和修复管道的故障，提高基础设施的可靠性和安全性。
管道机器人还可以应用于工业生产中。
在一些工业生产过程中，需要将液体或气体通过管道输送到不同的设备中，而管道的连接和流量控制对产品质量和工艺稳定性有着重要影响。
管道机器人可以通过精确的定位和控制，实现精准的流量调节和控制，提高生产过程的稳定性和效率。
除此之外，管道机器人还可以应用于环境监测和救援工作中。
例如，在地震、火灾等灾害发生后，人员进入受损建筑物或地下空间进行救援工作存在很大的风险。
而管道机器人可以代替人员进入危险区域，通过高清摄像头和传感器收集灾害现场的信息，指导救援工作的进行，提高救援效率和安全性。
管道机器人具有广泛的应用场景，不仅可以应用于石油和天然气行业、城市基础设施维护和工业生产，还可以用于环境监测和救援工作等领域。
随着科技的不断进步和创新，我们相信管道机器人的应用场景将会越来越多，为人们的生活和工作带来更多的便利和安全。
管道检测机器人掌控性能好在哪里吗
管道检测机器人掌控性能好在哪里吗管道检测机器人是一种能够自主进行管道检测的机器人，通常由机器人本体、传感器、掌控系统和电源等几个部分构成。
管道检测机器人可以用于石油、天然气、化工以及市政工程等领域的管道检测，可以在管道内部进行高效、精准的检测和数据采集，并将所采集的数据传输给外部设备进行处理和分析，从而为用户供应更认真、更精准的管道信息。
管道检测机器人的掌控性能是其能否精准地进行管道检测的关键因素。
在本文中，将从掌控系统的角度启程，分析管道检测机器人掌控性能好在哪里。
1. 掌控系统的硬件设备管道检测机器人的掌控系统需要具备高度稳定的硬件设备，如雷达传感器、光学传感器、掌控芯片等。
这些硬件设备的性能直接影响机器人的掌控精度和检测效果。
好的管道检测机器人掌控系统需要选择稳定、精准明确的硬件设备，从而提高机器人的精准明确度和掌控稳定性。
2. 掌控系统的软件平台好的管道检测机器人需要具备先进、稳定的软件平台，如ROS （Robot Operating System）、LabVIEW、Python等。
这些软件平台供应了优秀的掌控算法和用户交互界面，从而支持对机器人进行在线掌控、实时监测和数据分析等操作。
此外，软件平台还可以供应强大的数据集成、可视化等功能，从而帮忙用户更好地理解和分析检测结果。
3. 掌控系统的掌控算法好的管道检测机器人必需依靠先进的掌控算法，才能够精准地操控机器人在管道内进行检测。
一般来说，管道检测机器人的掌控算法需要充分以下条件：3.1 鲁棒性管道检测机器人常常需要在恶劣环境下工作，如高温、高压、腐蚀等。
好的管道检测机器人掌控算法必需能够适应这些环境变化，具备高度的鲁棒性。
3.2 自适应性管道的形态和规格各不相同，检测任务的多而杂度也不尽相同。
好的管道检测机器人应当具备自适应性，能够依据管道的不同特性和检测任务要求进行智能调整，从而保证机器人的性能和效率。
3.3 高精度管道检测通常需要对管道内部进行高精度的检测和定位，好的管道检测机器人掌控算法必需能够进行精准明确的掌控和调整，以保证机器人的精度。
管道检测机器人的优势特点浩繁,可别错过哦
管道检测机器人的优势特点浩繁，可别错过哦管道检测机器人是一种基于机器人技术和传感器技术开发的自动化设备，它能够在各种环境下对管道进行高效精准的检测工作。
随着科学技术的不断进展和应用，管道检测机器人已经成为了现代化管道工程中不可或缺的一部分，其优势特点浩繁，具有以下几点：1. 管道检测机器人能够适用于各种环境。
管道系统的多而杂性和不同工作环境的不同，需要具备相应的适应性。
如水管、燃气管、油管等不同管道的直径和材质不同，需要适应不同管径和不同材料的管道。
同时，严酷的环境条件如高温、低温、高压、低压等都需要检测机器人具有相应的适应本领。
2. 管道检测机器人具有较高的检测效率。
管道检测机器人可以实现全天候、不间断的检测工作，除去了人工巡检的时间限制和人为失误的可能性，有效提高了工作效率。
3. 管道检测机器人具有良好的检测精度。
管道检测机器人采纳高精度的测量传感器，能够高精度地测量管道形态参数、位置、缺陷和漏点等信息，提高了检测的精度和精准性，避开漏检和误检的情况。
4. 管道检测机器人具有较低的工作风险。
管道检测机器人可以代替人员进行不安全环境下的检测工作，有效保障了工作人员的安全。
5. 管道检测机器人具有良好的牢靠性。
管道检测机器人采纳先进的掌控系统和故障诊断技术，智能化程度高，同时设备的整体结构设计合理，易于维护和修理和保养，能够确保设备的良好运行状态。
6. 管道检测机器人能够实现远程操控。
管道检测机器人具有远程掌控本领，可以实现远程操作、数据传输和数据存储，使管道的实时监测和管道维护更加便捷和高效。
总之，管道检测机器人在管道工程中具有较大的优势，其多样性、高效性、安全性和牢靠性等特点不仅提高了管道工程的质量和效率，而且有效保障了工作人员的安全。
在将来的进展中，随着技术的进一步升级和完善，管道检测机器人将会有更广泛的应用场景，为管道工程的现代化进展供给充足保障。
水下机器人在油气管道内部检测中的应用技术研究
水下机器人在油气管道内部检测中的应用技术研究随着海洋经济的快速发展，石油、天然气等海洋资源的开发已经成为了《十三五规划纲要》中明确提出的重点领域。
而随着油气管道长度的增加和运行时间的延长，传统的人工巡检和维护已经无法满足长期和高强度的管道检测需求，迫切需要引入高效、智能、安全的检测手段。
水下机器人作为一种全新的管道检测技术，正逐渐成为油气管道内部检测的主流手段。
一、水下机器人在油气管道内部检测中的作用水下机器人是指能够在水下环境中自主进行控制、运动和操作的机器人。
与传统的人工巡检相比，水下机器人具有冷静、耐用、高效的优势，可以减少人工漏检、误检的情况，提高管道安全性和稳定性。
同时，其还具有能够对低温、高压等苛刻环境下的管道进行瞬间精准监测的能力。
二、水下机器人在油气管道内部检测中面临的挑战然而，与普通管道内检测不同的是，水下机器人在油气管道内部检测还面临着一系列独特的问题。
例如，油气管道内部狭长、泥沙、海水等环境因素会极大地影响机器人的操作效果，会引起机器人卡壳、短路等问题。
三、水下机器人在油气管道内部检测中的应用现状目前，水下机器人在油气管道内部检测领域已经得到了广泛的应用。
例如，挪威公司Statoil使用自主开发的AUV水下机器人维护和监测了三个主要油气生产地，已经检测了大量的海底管道。
同时，英国公司BP也利用水下机器人成功的进行了北海油田的管道检测。
不仅如此，国内的一些油田公司，比如中海油，也引进了水下机器人技术，成功的实现了油气管道内部检测的自主化和智能化。
四、水下机器人在油气管道内部检测中的未来发展随着人工智能、机器学习等技术的快速发展与成熟，未来水下机器人的应用前景将更为广阔。
例如，可以利用深度学习等技术来加强机器人的自主性和适应性，进一步提高管道的自动检测和处理效率。
同时，可以结合VR技术与云平台技术，提供更加远程化、智能化的运维服务，进一步提高水下机器人的性能与应用范围。
综上所述，水下机器人技术已经成为油气管道内部检测的主流手段，并开展了广泛的应用和研究，发展前景看好。
管道检测机器人的优势特点
管道检测机器人的优势特点管道检测机器人是一种能够自主移动并进行管道内部检测的先进设备。
它们紧要用于检测水力模型、油气管道、城市排水管道、地下给水管道等。
与人工检测相比，管道检测机器人具有以下优势特点：1. 安全性高传统管道检测工作通常需要人员进入管道内部进行检查。
但是，这种方式存在确定的风险。
由于管道内环境的不安全性、封闭性和狭窄性，一旦显现问题，很难进行紧急救援。
同时，管道内常有有毒有害气体等对人体健康的影响。
管道检测机器人可以避开这些风险，保证人员的安全。
2. 检测本领强很多管道的内部结构多而杂，人工检测无法轻易完成。
而管道检测机器人具有较强的检测本领。
它们可以配备不同种类的传感器，如高清摄像头、超声波传感器、涡流检测器等。
通过这些传感器，机器人可以取得更为精准、全面的管道内部信息，通过电脑处理系统，对全部数据进行处理，识别出管道内部的缺陷、裂缝、漏水等问题。
3. 效率高人工检测需要耗费大量的人力、物力和时间，而且工作效率低下。
相比之下，管道检测机器人配备先进的导航系统和掌控系统，可以快速精准地完成检测任务，并且检测数据可以在极短的时间内进行处理和分析。
机器人的高效率有助于适时发觉管道问题并进行适时处理。
4. 维护简便传统的管道检测方式会对管道造成确定程度的磨损和划痕，这对管道的维护带来了困难。
而管道检测机器人使用不同传感器对管道进行检测，不会对管道造成磨损，也不会造成管道内部的损坏。
因此，机器人的使用，可以大大降低管道的运营成本和维护工作的难度。
5. 精准定位通过机器人内部的高精度定位技术，机器人可以精准地探测管道内部的位置和状态，以便进行更为精准的数据分析和处理。
机器人的定位技术可以精准明确定位管道中的缺陷、裂缝、漏水等问题，大大提高检测的精度。
综上所述，管道检测机器人具有很多优势特点，其高效率、高性能和高精度的检测本领，使得它们成为了管道检测领域的珍宝，被广泛应用于各种管道内部检测中。
油气管道检测机器人
油气管道检测机器人摘要:在轮式和履带式机器人的基础上,设计开发了一种新的管内移动机器人 .机器人的3组驱动轮沿圆周方向120°均布,在轴向截面内,前后两组驱动轮布置在同一组平行四边形机构上,驱动电动机通过蜗轮蜗杆副驱动3组驱动轮,调节电动机通过滚珠丝杠螺母副和压力传感器使3组驱动轮始终以稳定的正压力紧贴在管道内壁,使机器人具有充裕并且稳定的牵引力.该机器人机构紧凑,工作可靠,适用于管径为400～ 650mm的管道.关键词:管道机器人;平行四边形机构;管道检测工业管道系统已广泛应用于冶金、石油、化工及城市水暖供应等领域,因其工作环境非常恶劣,容易发生腐蚀、疲劳破坏或使管道内部潜在缺陷发展成破损而引起泄漏事故等.有毒有害、易燃易爆物品在失控状态下向大气泄漏、排放造成的危害是事故风险评价的重要指标.燃气管道(包括地下输油、输水管道)长期使用后,由于管内、管外介质的腐蚀,造成管壁减薄甚至出现裂纹和漏孔 ,导致燃气的泄漏、爆炸等事故,严重影响正常的生产生活秩序.因此,必须定期地对这些管道进行检修和维护.然而管道所处的环境往往是人力所限或人手不及,检修难度很大,故通常对重要和不允许泄漏的管道采用定期或提前报废的办法,从而造成了巨大人力和物力损失;另一方面,燃气中的杂质在管道中沉积,造成燃气管道堵塞,从而影响燃气输配和应用系统的正常运行.目前关于地下输送管道的质检,常采用工程量十分巨大的“开挖”抽检方法,由于随机抽样法经常出现漏检,因而准确率低,效果并不理想,不但劳动强度大、效益低,而且往往会妨碍道路交通.因此燃气管道管内探测是一项十分重要的实用化工程,关系到燃气的安全、合理地应用和管理.宁波广强机器人CCTV管道检测机器人利用先进的CCTV内窥检测技术进行管道检测。
广强管道检测机器人是按照国家卫生部颁发的《公共场所集中空调通风系统卫生规范》的相关技术要求，设计的进行检测的专业设备，可完成各种检测作业，还可搭载各种声纳、切割设备，可按需定制。
机器人技术在油气管道巡检中的应用研究
机器人技术在油气管道巡检中的应用研究引言：机器人技术在各个领域的应用日益广泛，其中包括了油气管道巡检。
传统的管道巡检方式存在许多挑战和风险，而机器人技术的引入可以有效提高巡检效率、降低巡检成本及人员伤害，因此引起了广泛关注。
本文将探讨机器人在油气管道巡检中的应用研究，并重点关注其技术特点、优势以及未来发展趋势。
一、机器人巡检技术的特点1.1 自主导航能力机器人巡检技术具备自主导航能力，即能够通过传感器和算法判断环境，并做出相应的行动。
机器人可以利用激光雷达、摄像头等传感器获取管道周围的信息，通过自主导航能力规划最优的巡检路径，避开障碍物，提高巡检效率。
1.2 多传感器融合技术机器人巡检技术常常利用多种传感器融合技术，如光学传感器、磁场传感器、温度传感器等，以获取更全面、准确的管道信息。
通过融合多种传感器的数据，机器人可以实现更精确的管道损伤检测、泄漏检测等功能，提高巡检的准确性。
1.3 远程操作与监控机器人巡检技术允许远程操作和监控，无需工作人员亲自进入危险环境。
巡检人员可以在安全的控制中心远程操作机器人，监控巡检过程。
一旦发现异常情况，立即采取相应的应对措施，保证巡检工作的顺利进行。
二、机器人巡检技术的优势2.1 提高安全性传统的人工巡检需要人员进入狭窄、高温、有毒有害的管道环境，存在巨大的人身安全风险。
而机器人巡检技术可以在没有人员直接进入危险环境的情况下完成巡检任务，大大减少了人身伤害的风险，保障了操作人员的安全。
2.2 提高巡检效率机器人巡检技术利用自主导航能力和快速数据处理手段，能够快速准确地巡检整个管道网络。
相比传统的人工巡检，机器人巡检可以大幅缩短巡检时间，提高巡检效率，同时也降低了人力成本。
2.3 提高巡检准确性机器人巡检技术结合多传感器融合技术，可以实现更精确的管道损伤检测和泄漏检测。
机器人通过高精度的传感器和先进的图像处理算法，能够精确判断管道的状况，提高巡检结果的准确性。
三、机器人巡检技术的应用实践3.1 管道损伤检测机器人巡检技术可以通过光学传感器和磁场传感器等设备，在无人进入的情况下检测管道的损伤情况。
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ｏ＜Ｊ≤№＋昌旧仃一｛Ｒ罢１］（１）
式巾：Ｄ为管道的直径；尺为弯管的曲率半径．由式 （１）可知，此种情况下机器人的最大长度为
ｎ
Ｌ＝２ｌ Ｒ一等＋ｄｌ
￡
（２）
在情况③下，机器人的直径Ｊ应满足：
№＋罢旧仃一ｆＲ一导】］＜ｄ＜Ｄ（３）
Ｌ、 ６ ‘，Ｊ
此种情况下，机器人的最大长度也满足式（２）所示的 条什． 式（１）～（３）是舂角弯管对机器人的最基本的几 何条件限制，同时也适用于其他支管． ２．２管道机器人的越障性能 由于每一组中的前后两驱动轮都布置在平行四 边形机构上，在机器人的行走过程中，沿周向的任一 组中的任何一个驱动轮遇到内凹槽而失去支撑力 时，另外两组驱动轮仍然在平行四边形机构的作用 下支撑着机器人而不至于使驱动轮都落人沟槽内． 这种平行四边形机构使轮式驱动具有履带式驱动的 某些特点，使机构具有很好的越障能力“］．显然，使 该平行四边形机构能越过圆环形内凹沟槽而不使任 一组驱动轮落人沟槽内的条件为：前后两驱动轮之 间的距离。（见图１）应大于沟槽的最大宽度．
Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０，Ｃｈｉｎａ；２．０ｃｔｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓｈａｎｇｈａｉ）Ｌｔｄ．，Ｓｈａ“ｇｈａｉ ２０００３０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｉｎ—ｐｉｐｅ ｍｏｈｉ【ｅ ｒｏｂｏｔ ｗａｓ ｄｅｓ‘ｇｎｅｄ ａｎｄ ｄｅｖｅＩｏｐｅｄ。ｎ ｔｈｅ ｂａｓｊｓ ｏｆ ｗｈｅｅｌ ｊｎ—ｐｉｐｅ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ｃｒａｗｌｅｒ ｉｎ—ｐｉｐｅ ｒｏｂｏｔ． ｂｏｔｈ ｆｒｏｎＩ ａｎｄ ｄｒｉｖｅｓ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ
中豳分类号：ＴＰ ２４２．２
文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ＯｉＩ／Ｇａｓ
ＰｉｐｅＩｉｎｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｒｏｂｏｔ
ＹＡＮ Ｘｔｎｏ—ｚＭ矿
ｘＵ ｘｉａｏ ｙＨ一，
ＹＡＮ ＧＨｏ—ｚｈｅｎｇｌ，
（１．Ｄ印ｔ．ｏｆ
Ｉｎｆ。ｒｍａｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔ。“ｇ Ｕｎｉｖ
轮和管道内壁之间的正压力在相对稳定的水平．因
３（ⅣＬ＋Ⅳ２）口ｙｏ＋Ｆ妊Ｎ—Ｏ 将式（５）代人式（６）可得
Ｆ
ｒ
（６）
Ⅳ１＋Ⅳｚ＝；笋（ｔａｎ口＋ｔａｎ卢） ㈨
（７）
式中，Ｆ为轴套作用在推杆肘Ⅳ上的作用力．由式 （７）可知，当平行四边形机构的尺寸确定后，厶和上。 是常数，ｎ和卢随着管道直径在一定的范围内变化， 要保持稳定的正压力，则Ｆ的值随着管道直径的变 化也要作相应的变化．图４所示为Ｆ随管道直径变 化的曲线图．由图可见，对于每一个特定直径的管 道，机器人要维持一定的牵引力，Ｆ都有一个相对应 的理想值．因此通过力传感器检测Ｆ，然后将检测值 与预期理想值的差值反馈给调节电动机，调节电动 机在控制器的作用下转动相应的角度从而改变Ｆ
基金珂目；国家高技术研究发展计划（８６３）项目（２００２ＡＡ４４２ Ｊｌｏ）；云南省省院省校合作基金项目（２００ｌＫＡＢＡＡｏｏＡ０２５） 作者筒介：徐小云（１ ９７４），男，浙扛证山人・博士生，研究方向为徽特机器人，多机器＾分布式智膛控制．颇国正（联系＾）．男，教授，博士生
导师，电话（Ｔ副）：０２】一６２９３２８２１ＩＥ－ｍａｊｌ：ｘｕｘ】ａｏｙｕｎ＠８Ｊｔｕ
与管道内壁的正压力达到预期值，保证管道机器人
输出充裕并且获得稳定的牵引力．
图ｌ管道机器人结构图
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｆ ｉｎ—ｐｌｐｅ ｒｏｂｏｔ
２管道机器人的设计要点
２．１
管道对机器人的几何条件限制 冶金、石油、化工及城市水暖供应等工业管道系
统中常见的典型管道有水平直管、竖直管、弯管、支 管、异径管等．目前大部分管道机器人可以轻松地通 过水平直管及在倾斜度为３０。以内的上升管道内爬 动．对于弯管、支管、异径管等管道，机器人的设计必 须满足管道的几何条件限制，否则不可能成功通过 这些管道．曲率半径是这些管道对机器人最主要的 条件限制，在一定的曲率半径下，太细长或太短粗的 机器人都容易在管道内卡死，使之不能通过管道．考 虑直角弯管的情况．讨论机器人在这类管道中所应 满足的几何条件限制．机器人的每一节可以简单看 作是圆柱体“］，在直角弯管中的模型如图２所示．
收稿日期：２００３
０３—２５
管壁减薄甚至出现裂纹和漏孔，导致燃气的泄漏、爆 炸等事故，严重影响正常的生产生活秩序．因此，必 须定期地对这些管道进行检修和维护．然而管道所 处的环境往往是人力所限或人手不及，检修难度很 大，放通常对重要和不允许泄漏的管道采用定期或 提前报废的办法，从而造成了巨大人力和物力损失； 另～方面，燃气中的杂质在管道中沉积，造成燃气管
ｓｅｔｓ
ｏｆ ｄｎｖｌｎｇ ｗｈｅｅｌ ｂｙ ｗｏｒｍ ｃｏｕｐｌｅ，“ｅ ｒｅｇｕｌａｔｉ“ｇ ｍｏｔｏｒ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ
ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ
ｗｈｅｅｌ ｐｕｓｈ ８９ａｉｎｓｔ ｔｈｅ ｐｉｐｅ ｉｎｗａｌｌ ｗｉｔｈ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ａｄｅｑｕａｔｅ ｐｒｅｓｓｉ“ｇ ｆｏｒｃｅ ｂｙ ｔｈｅ ｂａｌｌ ｓｃｒｅｗ ｐａｉｒ ａｎｄ ｐｒｅｓ—
］
（４）
ｚ～一厶ｃｏｓ口＋￡２ｃｏｓ卢｝
厶ｓｉｎ口一Ｌ２ｓｉｎ ｐ
Ｊ
对式（４）等号两边分别取微分可得： ６抓＝Ｌｏｃｏｓ（口）妇
１
８ｚⅣ＝一厶ｓｉｎ（ａ＝上２ｃｏｓ（口）卵 ｊ 由于机器人的车轮都在平行四边形机构 Ａ８ＣＤ的连杆Ｂｃ上，而且ＢＣ连杆只能平动，因此 机器人的车轮在ｙ轴上的虚位移都相等．由力学虚
检测距离为４００ ｍ，系统采用拖缆控制方式．而本文
开发了一种适于管径为巧４００～６ｊｏ ｍｍ，一次作业
检测距离达１ ｋｍ的油／气管道检测机器人．
１管道检测机器人结构和机构原理
图１所示为管道检测机器人的机构原理图．整
个机器人由驱动部分和压紧力调节部分组成．驱动 部分由驱动电动机驱动与之相连接的蜗杆，并由蜗 杆并联驱动沿圆周方向成１２０。均布的３个蜗轮，蜗 轮又通过链轮带动机器人车轮运动，从而实现机器 人在管道内的前进或后退．压紧力调节部分由调节 电动机驱动滚珠丝杠转动，由于丝杠螺母在圆周方 向不能转动，因此它将在滚珠丝杠上来回轴向移动， 并通过力传感器和轴套相连接，推杆沿圆周方向成
ｅｄｕ．ｃｎ
万 方数据
１６５４
上
海
交通
大
学
学报
第３７卷
道堵塞，从而影响燃气输配和应用系统的正常运行． 日前关于地下输送管道的质检，常采用工程量十分 巨大的“开挖”抽检方法，由于随机抽样法经常出现 漏检，因而准确率低，效果并不理想，不但劳动强度 大、效益低．而且往往会妨碍道路交通．因此燃气管 道管内探测是一项十分重要的实用化工程，关系到 燃气的安全、合理地应用和管理． 管道检测机器人是・种可沿管道内壁行走的机 械，它可以携带一种或多种传感器及操作装置（如 ｃｃＤ摄像机、位置和姿态传感器、超声传感器、涡流 传感器、管道清理装置、管道裂纹及管道接口焊接装 置、防腐喷涂装置、简单的操作机械手等）。在操作｜几 员的远距离控制下进行一系列的管道检测维修作 业．因此，是一种避免开掘式检测的较为理想的管道 自动化检溯设备．一个完整的管道检测移动机器人 系统，应由移动载体（行走机构）、管道内部环境识别 检测系统、信号传递和动力传输系统及控制系统组 成．其中移动载体和内部环境识别检测系统是管道 检测移动机器人的核心部分． 国外关于燃气管道机器人的研究始于２０世纪 ４０年代，由于７０年代的微电子技术、计算机技术、 自动化技术的发展，管道检测机器人技术于９０年代 初得到了迅猛发展并接近于应用水平．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ 等ｎ。３研制的管道检测机器人系统只适用于彩２００ ｎ・ｍ的管道，而且一次作业的检测距离不大于５００ ｍ；Ｋｕｎｔｚｃ等“－采用４轮独立伺服驱动方案研制成 管道检测机器人系统ＫＡＲＯ，该机器人系统只能实
文章编号：１００６—２４ ６７（２００３）１１—１ ６５３一０４
油／气管道检测机器人
徐小云１。
颜国正１， 闰小雪２
（１．上海交通大学信息检测技术及仪器系，上海２０００３０；２．上海翱腾科技有限公司，上海２００。３０）
摘要：在轮式和履带式机器人的基础上，设计开发了一种新的管内移动机器人．机器人的３组驱 动轮沿圆周方向１ ２０。均布，在轴向截面内，前后两蛆驱动轮布置在同一组平行四边形机构上，驱动 电动机通过蜗轮蜗杆副驱动３组驱动轮，调节电动机通过滚珠丝杠螺母副和压力传感器使３组驱 动轮始终以稳定的正压力紧贴在管道内壁，使机器人具有充裕并且稳定的牵引力．该机器人机构紧 凑，工作可靠，适用于管径为∥４００～６５０ ｍｍ的管道． 关键词：管道机器人；平行四边形机构；管道检测
６５５
机器人在直角弯管中最恶劣的情况是如图２所
出了管道机器人的腿部平行四边形机构简图．推杆 肘Ⅳ的Ⅳ端可以在ＤＮ上左右滑动从而带动平行 四边形机构ＡＢｃＤ平动，使机器人的车轮张开或者 收缩，并且使布置在平行四边形机构Ｂ、ｃ Ｊ二的机器 人的车轮始终撑紧在不同管径的管道内壁上．
示的倾斜４５。的位置，此时考虑两种情况：①机器人 的两个端面在弯管的直边部分（见图２（ａ））；②机器 人的两个端面在弯管的弯曲部分（见图２（ｂ））． 在情况①下，机器人的直径ｄ应满足：
功原理可得
３腿部平行四边形机构及其力学特性
３．１腿部的平行四边形机构
管道机器人设计的一个非常重要的方面是机器 人如何获得充裕并且稳定的牵引力以保证拖动检测 装置、作业装置以及机器人本身．牵引力过大浪费功 率而且对机器人的寿命也有很大的影响，牵引力过 小则根本拖不动负载装置．管道机器人的车轮在管 道内壁不打滑的情况下，机器人的牵引力与车轮和 管道内壁之间的摩擦系数以及它们之间的正压力成 正比．另外在管道直径变化的情况下，机器人的腿部 机构应使牵引力的波动变化尽可能小，即应维持车
现对巧２００ ｍｍ管径的地下输水管道的检测．一次