管道机器人分解

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管道机器人——履带式
履带式
变位履带式机器人 爬坡能力强
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管道机器人——轮式
轮式
轮式两用机器人
采用轮式移动机构，这种移动机构在管 道接头部分或者管道里污垢沉积较多时 就不能行走自如
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管道机器人——腿式
腿式
实现了管内外机构同步运动作业无缆操作技术
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国内外研究
上海大学 研制了“细小工业管道机器人移动探测器
集成系统”。
其主要包含： 20mm 内径的垂直排列工业管道中的机器人机构和 控制技术(包括螺旋轮移动机构、行星轮移动机构和压电 片驱动移动机构等)、机器人管内位置检测技术、涡流检 测和视频检测应用技术, 在此基础上构成管内自动探测机 器人系统。 该系统可实现 20mm 管道内裂纹和缺陷的移动探测。
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国内外研究
美国 纽约煤气集团公司(NYGAS) 的Daphne D‘Zurko
和卡内基梅隆大学机器人技术学院的Hagen Schempf 博士在美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的资助下 于2001年开发了长距离、无缆方式的管道机器人系统— ——EXLORER。
பைடு நூலகம்
主要特征：
① ② ③ ④ 一次作业检测距离长，采用无缆方式； 可以在铸铁和钢质煤气管道中，低压和高压条件下工作； 可以顺利通过90°的弯管接头和垂直管道； 与外部采用无线通讯方式；
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研究背景意义
管道机器人的由来
20世纪70年代以来, 石油、化工、天然气及核工业 等产业迅速发展, 各种管道作为一种重要的物料输送设 施, 得到了广泛应用。 但是它们常架设在空中或埋在地下，形成错综复杂 的管网。 受空间或地理位置的限制，人们很难直接介入，使人工 检修不仅困难，而且成本高。 同时由于腐蚀、重压等作用, 管道不可避免地会出 现裂纹、漏孔等现象。而管道所处的环境往往是人们不 易或不能直接接触的。 管道机器人 应运而生
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国内外研究
国内 在管道机器人方面的研究起步较晚, 而且多数
停留在实验室阶段。 目前国内外管道机器人的研究成果已经很多，可是在 微小管道、特殊管道（如变径管道、带有U型管的管道） 进行检测、维修还刚起步，但是由于该类管道在各个 领域的广泛应用，因此研发该类机器人极具吸引力。
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实例——空调管道机器人
传统空调管道清洗 系统结构： 1.气囊， 2.吹扫装置， 3. 被清洗风道， 5.软管， 8.大功率风机 9. 集尘净化器，
工作原理：
封闭管道内产生压差， 扫落的灰尘被压入净化器。
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灰尘清理： 纵向移动——工人的推送软轴实现； 横向移动——清洗电机切换旋转方向 实现。 28
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管道机器人
管道机器人常用于石油、化工、核工业、 城建等许多工程管道的管道质量检测、探 伤、故障诊断、清洁、喷涂、焊接、管道 维修等众多方面……
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国内外研究
由于70年代 微电子技术、计算机技术、 自动化技术的发展,
国外关于燃气管道机器人的研究 始于20世纪40年代； 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。 一般认为，法国的J.VERTUT 较早从事管 道机器人理论和样机的研究，1978年他提出 了轮腿式管内行走机构模型IPR IV，该机构 虽然简单，但起了抛砖引玉的作用。 2个行走轮 4个支撑轮 腿：电机驱动 （以适应不同管径）
1、16：电机 2 螺杆，5 螺母 4 拔销，7 拔杆 9 支撑杆 12 脚靴 21 万向节
腿式机器人结构图——太原理工大学
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管道机器人——蠕动式
蠕动式
活塞左移—DE连杆拉紧 —构件BCD撑紧 上海交通大学 小口径管道内蠕动式机器人
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管道机器人——流体压力驱动
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空调管道机器人——问题解决
解决方法：
① 模块化组合式结构，适应不同尺寸的管道； ② 采用 Maxon 空心杯电机，行进电机选取A-MAX32型号： 最大输出功率为15W，配合减速箱，其最大输出扭矩可达 4.5N.m；驱动我们的机器人可产生的最大拉力在100N以上； ③ 行进偏差问题的解决， 电机配有数字编码器，对电机转速实现闭环控制； ④ 采用SONY FCB一EX480一体化摄像机： 具有超强的感光能力、智能化的自动夜视功能，可以对摄像机 的全部参数进行远程动态设置。通过调节关学和数字参数，在光源 充足的情况下，它能够观察到5米外直径为lmm的丝状物体； ⑤ 照明灯采用大功率超高亮度发光二极管： CEWH05P60型号额定功率为5W，其直径仅为15mm，亮度高 达110流明。通过调节驱动电路中的电位器，可实现亮度调节；
管道机器人
Pipe Robot
演讲者： 上海大学
机械电子工程专业
研究背景意义
特种机器人，是指除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类 的各种先进机器人。 包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人和管道机器 人等。
管道的 空间、路况、光线，以及 工作环境的限 制
管道机器人 区别于其他机器人，又有它的 用武之地
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管道机器人——行走条件
一般管道机器人欲在管内平稳、可靠的启停、行走， 必须满足以下几个基本条件：
形封闭：机器人在管道中工作时，为了能够保持 一定的姿态，不出现倾覆、扭转等现象，这就要求 管道对机器人施加的一个封闭的形状约束； 力封闭：移动机构在行走过程中，应具备支撑在 管道内壁上而不失稳的能力，即机器人的支撑机构 受到管道的径向支反力而组成的一个封闭力多边形。 驱动行走：指行走机构具有主动驱使机构。
实例——空调管道机器人
传统空调管道清洗
主要弊端：
① ② ③ ④ ⑤ 清扫装置的移动不方便， 易出现清洗死角； 软轴推送受制多多； 软轴过长，将带来存放问题； 需要较多劳动力……
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实例——空调管道机器人
空调管道机器人
无需手工推送操作； 机器人携带吹扫装置，如气鞭、 气锤或者清扫刷， 还可配有CCD，供管外人员观察， 处理死区或管道分支。
作业类型 管外作业 管间作业 管内作业
管道类型 圆形，矩形，定直径直管； 含直角弯头（L 形，T 形）、弯道、台阶、 凹坑、径向尺寸变化的管道； 水平、倾斜、铅垂布置。
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管道机器人——作业方式
管外移动机器人 只适于暴露在外的管道作业，需要多个 自由度的协调运动才能跨越管道支架、 接头等障碍，灵活性要求高，移动机构 设计复杂，使控制难度增加，工作可靠 性降低。 管内移动机器人 目前以直管和圆弧弯管应用为主，实现 移动的可控自由度少，可靠性提高。但 受管内有限空间和机器人结构尺寸的限 制，尤其是通过小管径弯管，大功率驱 动机器人的研制难度要增大。 管道爬竿两用机器人
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管道机器人——行进方式
行进方式分类
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)
摆动式 轮式 蠕动式 顶壁式 腿式 尺蠖 旋转
下面，我们将详细予以介绍：
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管道机器人——摆动方式
摆动式
Carnegie Melllon University 仿生机器人实验室 tube climbing robot
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研究背景意义
案例
2005年，上海在采用“凤凰工艺”对旧煤气 管道进行改造时，运用了可视屏幕遥控操作 的管道机器人进入管道进行全面巡查和修补 作业，取得了较好的效果，实现了地下管道 非开挖修复，成功地在延安东路闹市区施工， 修复了一条长1500m的地下煤气管道。
中央空调风管内的灰尘等是传播病毒的载体。 科学家曾做过一项对比实验: 开空调1小时后，室内空气中细菌的含量是不开 空调房间内的3一4倍。 城市“大楼病”的诸多病因中，中央空调常常是 罪魁祸首。 因此需要重视中央空调管道的清洗。
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管道机器人
管道机器人是一种可沿管道内部或外 部自动行走的特种机器人
它可以携带一种或多种传感器及操作装置，在操 作人员的遥控操作或自动控制下，能够进行一系 列的管道检测维修作业的机电一体化系统。
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
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国内外研究
日本 管道机器人的研究众多，
如，东京工业大学航空机械系Shigeo Hirose 和 Hidetaka Ohno等，于1993年开始研究管道机器人， 先后研制成功了：
适用于φ 25mm 管道的Thes-Ⅳ型管道机器人 适用于φ 50mm 管道的Thes-Ⅰ、Thes-Ⅱ型管道 机器人 适用于φ150mm 管道的Thes-Ⅲ型 管道机器人。
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国内外研究
哈尔滨工业大学 邓宗全教授在国家“863”计划课
题“X射线检测实时成像管道机器人的研制”的支持下, 开展了轮式行走方式的管道机器人研制。 研究成果主要用于大口径管道的自动化无损检测。 并相继进行了管道机器人 弯道通过性、弯道驱动控制 等方面的理论实践研究。
该机器人特点： • • 适应大管径(大于或等于<900mm) 的管道焊缝X射线检测。 一次作业距离长, 可达2km。
螺旋轮式
万向节
定子结构图
转子结构图
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