管道外壁行走机器人研究
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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。
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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