管道外壁行走机器人研究

基金项目：２０１７ 年度安徽高校自然科学研究重点项目：管道外壁行走装置系统设计研究（ＫＪ２０１７Ａ５８１）。
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现代制造技术与装备
２０１７ 第 ６ 期 总第 ２４７ 期
行走时去除线缆上的冰层。它的结构简单，工作效率和安 全性高，但仅适用于线缆除冰。 ２．５ 关节式 此类装置由一系列转动和移动关节组成，通过夹持管 道实现在管道上的行走。关节式管外结构较复杂，使得其 灵活性较高，可以跨越管道上和管道间的常见障碍，但其 设计及造价成本较高，普及性不高。 ２．６ 并联式 此类装置分为两种形式，一种由平台、夹紧装置、直 线驱动器、操作臂以及铰链组成；一种由平台、直线驱动 器和若干腿组成。并联式管外机器人的优点是结构简单、 行进速度快、制造成本低等，但控制较为复杂，需要算出 运动方程后才可正常工作。 ３ 结语 经过多年研究，管道外壁行走机器人已经在工业中得 到广泛应用。目前，它的结构设计日趋成熟，可靠性不断 提升，未来将拥有良好的发展前景。
参考文献 [1] 杨宜民，黄明伟 . 能源自给式管道机器人的机械结构设计 [J]. 机器人，2006，28（3）：326-330.
百度文库
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设 计 与 研 究
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管道外壁行走机器人研究
胡 艳
（安徽工贸职业技术学院，淮南 232001）
摘 要：管道外壁行走机器人作为新兴的工业生产及设施维护装备，因其自动化程度高而被广泛应用。本文 主要介绍管道外壁行走机器人的研究现状与发展趋势。 关键词：管道外壁 机器人 自动化
引言 管道机器人属于特种机器人的范畴。随着现代经济科 技的迅速发展，它已成为工业机器人研究领域的重要组成 部分。根据管道机器人的使用位置不同，可以将其分为管 内机器人和管外机器人两种。人们对管内机器人已有较为 成熟的研究 [1]，而对管道外壁行走机器人的研究尚处于起 步阶段。 管道外壁机器人工作位置有管道、 电线杆、 缆索等， 在工业作业上有较高的应用价值，故其研究受到了人们的 高度重视。 大多数工业管道中含有高温高压、有毒有辐射等流体 介质，工作条件非常恶劣，容易发生腐蚀、疲劳破坏或使 管道内部的潜在缺陷发展成破损而引起泄漏事故 [2]。 因此， 管道的定期保养和针对裂纹或断裂的检测必不可少。作为 管道在线检测技术，漏磁检测如今已被广泛应用于传输管 道检测中，如用于在线检测判断腐蚀缺陷、机械损伤和裂 缝等。从目前的使用情况来看，漏磁检测技术多应用于冶 金、石油、化工以及城市供应等部门的大管径管道系统中。 这些应用场合多是采用将检测装置布置于管道内部，但是 对于那些管径较小的管道，在内部布置检测装置很不方便， 此时管外机器人显示出明显的优越性能和实用价值。 以斜拉桥缆索为例，斜拉桥作为现代桥梁广泛采用的 新型式， 如何对其主要受力部件——缆索进行定期在线检测、 清洗和涂装等维护工作成为急需解决的课题 [3]。缆索维护方 法主要有两种：一是利用液压升降平台对小型斜拉桥缆索进 行维护；二是利用预先装在塔顶的吊点，用钢丝绳拖动吊篮 搭载工作人员沿缆索进行维护 [4]。但是，第一种方法工作范 围有限，第二种人工方法效率低、成本高、安全性较差。 综上可知，随着经济科技迅猛发展，多功能管道外壁 行走机器人可广泛应用于工业管道的保养、除锈、检测和 喷漆等工作。 １ 管道外壁行走机器人研究中的关键技术 根据现有管外机器人的研究过程与成果，管道外壁行 走机器人研究中的关键技术包括： （1）调心机构的设计。运动过程中，调心机构可以调 节装置与管道保持一定的同轴度，来保证装置的平稳运动 和工作机工作可靠性。同时，调心机构还可以实现装置对 不同直径管道的适应性。 （2）工作目标的识别与定位。利用机器搭载的传感器 等装置，将信号传递给 PLC，找到作业位置并准确定位，启 动搭载的功能装置完成工作。 （3）PLC 人机交互界面。将传感器的检测信息传递给 PLC，利用 PLC 来控制执行装置进行修补与喷涂。因此， PLC 人机交互界面的设计与构建在实现管道外壁机器人的自 动控制中显得尤为重要。 （4）故障自诊断与处理。当工业机器人出现运行故障 时，系统可以及时准确地进行故障发现、故障原因诊断， 并发出报警，从而使机器人安全可靠地工作，降低损失， 便于发现和排除故障。 ２ 国内外管道外壁行走机器人的研究与发展现状 近年来，管道外壁行走机器人的研究得到了长足进步， 取得了许多研究成果。 研究成果中， 典型装置可分为以下几种。 ２．１ 气动蠕动式 ［５］ 此类装置运动采用蠕动方式。通过气缸与夹紧机构动作 配合及先后顺序，可实现机构的往复运动，且过程中保证至 少有一对手爪夹紧管道。此种机构结构简单，易于操作，但 爬升高度受供气源管道的限制， 且运动速度受夹紧时间限制。 部分简易爬管本体部分采用自锁原理，利用弹簧、橡胶球、 斜面等基本特性使机构保持静止。 此类装置只适合直管爬行。 ２．２ 内框螺旋式 ［６］ 此类装置由圆柱框架和三台均布的相同小车组成。车 轮抱紧管壁后，通过驱动车轮实现装置螺旋上升或下降。 通过调节螺母，调整装置初始抱紧力，装置随着管道外径 的改变可自动调整。此装置负荷量大，运行平稳，适合不 同直径管件，但只能应用于连续型管件。 ２．３ 自动喷涂式 此类装置由往复摆动喷涂机构、直线行走机构和本体机 架组成。往复摆动喷涂机构装在本体机架上，由直线行走机 构带动在管道外壁上直线行走。行走过程中，喷涂机构进行 往复摆动喷涂，实现了直管管道外壁喷涂的自动化。它的结 构简单， 且喷涂质量和自动化程度较高， 但只适用于水平管道。 ２．４ 线缆除冰式 此类装置由机架、除冰盾、电源、夹持机构和行走机 构组成。除冰盾在电机的驱动下做前后运动外，行走机构 在电机驱动下在线缆上实现行走。这样除冰盾可以在机构