管道机器人分解

供热管道机器人技术实现项目设计方案1简介在我国北方供热管道大量存在，16个地区的调查资料显示，运行时间在15年以上的供热管道占26%。

由于建设时间较早，这部分管道大部分采用管沟和架空敷设方式，技术落后，再加上运行时间长，维护管理不善，问题尤其突出。

管沟敷设供热管道长度占34.3%。

管沟防水质量差，地下水和地表水渗漏使得管道泡水，热损失严重，也是较大问题之一。

为了解决管道运行时出现裂缝而导致无法向居民提供供热问题，需要对管道进行检测，测评，得到管道的运行状态。

供热管道都是金属制成，金属可能腐蚀，特别是在链接的部位，而这些裂缝是用视觉很难发现的。

我们要得到金属内部状态，我们必须采用X射线探伤。

由于X射线对人员身体伤害比较大，并且鉴于某些管道较小，人员在里面很难活动，我们针对这些问题设计出了我们用于管道裂缝检测的机器人。

我们小组讨论最后得出了一套机器人设计的解决方案，并在郑旭学长帮助把机器人本体搭建好了，通过测试，基本能达到预期的效果。

2系统设计方案站在设计者角度，管道检测机器人可以分为机械本体和控制系统两大部分，本文主要研究管道机器人的控制系统设计。

本节首先对目标机器人的机械结构作简单介绍，然后详细讨论控制系统的三层结构模型，并根据模块功能的相关性，对目标控制系统进行模块划分。

2.1目标机械系统简介本文针对一种轮式管道机器人进行控制系统设计，图2.1是它的机械结构原理图。

从图中可以看出这种管道机器人主要由放射源定位器、横杆、摆杆、底座和车轮等部分组成，其中车轮和底座构成了管道机器人的移动载体，而放射源定位器、横杆和摆杆等部件构成了针对焊缝探伤作业的车载平台，机器人各组成部分的功能如下：（1）横杆。

目标机器人使用横杆安装放射源专用设备、全景摄像头和超声波传感器等负载，在车体端正的情况下，安装在横杆上的各个设备沿管道径向的位置保持一致。

横杆通过一种滑动机构连接在摆杆上，它可以带动放射源专用设备沿摆杆轴向进行移动，移动过程中放射源专用设备与放射源定位器的相对位置保持恒定。

图1 自主式清淤机器人工作原理图
在一体化箱体机构上，便安装有监控设备，其与清淤斗部分位置较为接近。

由于城市排水管道内部的环境较为恶劣，加之其采光效果较差，因此，在安装监控设备时，选择的监控设备为防水且携带红外夜功能，其光源主要选择使用的为节能灯。

为保障城市排水管道中泥水不会溅落到摄像镜头，避免发生模糊，无法观察机器人工作情况以及管道环境的事情发生。

所以，在进行摄像镜头安装时，会增加专用雨刮器，类似汽车所使用的雨刮器。

在管道中，机器人进行清淤工作时，工作人员可以利用监控设备对其所工作的环境进行观察，且能利用远程操控机器人，及时地对机器人的工作进行调整。

现阶段，新型排水管道清淤机器人在工作过程中，若要与地面工作人员进行交流，其方式主要选择的为无线远
利用新型排水管道清淤机器人进行城市排水管道清淤，可以提高工作效率，降低城市排水管道清淤的总成本。

管道机器人结构与通过性分析李智强1李卫国2冯志成3王利利2闫文刚1郭世杰1（1内蒙古工业大学机械工程学院，内蒙古呼和浩特010051）（2内蒙古工业大学工程训练教学部，内蒙古呼和浩特010051）（3三峡新能源内蒙古分公司，内蒙古呼和浩特010051）摘要针对现有油气管道检测机器人运动方式单一、管径适应范围小、机器人在管道中通过性与适应性差等问题，设计了一种新型变运动方式管道机器人。

给出机器人的设计需求，介绍了机器人的整体结构与工作原理；提出了主副簧结合、共同预紧的被动支撑机构和具有倾角可调功能的驱动机构；对支撑机构受力进行分析，同时对机器人通过弯管时的尺寸约束条件与运动约束条件进行分析，并进行了实验验证。

结果表明，机器人的结构设计与计算合理，机器人在弯管中的尺寸约束与运动约束分析是正确的，机器人可以顺利通过R≥1.5D的弯管环境。

该研究结果为后续机器人仿真实验与样机制作提供了参考。

关键词管道机器人结构设计弯管通过性Structural and Passability Analysis of Pipeline RobotLi Zhiqiang1Li Weiguo2Feng Zhicheng3Wang Lili2Yan Wen´gang1Guo Shijie1（1School of Mechanical Engineering，Inner Mongol University of Technology，Hohhot010051，China）（2Engineer Training Teaching Department，Inner Mongol University of Technology，Hohhot010051，China）（3Inner Mongolia Branch of Three Gorges New Energy，Hohhot010051，China）Abstract Aiming at the problems of the existing oil and gas pipeline inspection robots，such as single mo⁃tion mode，small pipe diameter adaptation range，poor passing ability and adaptability of the robots in pipelines，a new pipeline robot with variable motion mode is designed.The design requirements is presented and the over⁃all structure and working principle of the robot is introduced，the support organization with the combination of main and auxiliary springs to achieve common preloading and drive structure with adjustable angle function are further proposed and analyze force.At the same time，the dimension constraints and motion constraints of the ro⁃bot through the elbow pipe are analyzed.Finally，experimental verification is carried out.Experimental results show that the structure design and calculation of the robot are reasonable，the size and motion constraint analysis of the robot in the bend pipe are correct，the robot can successfully pass the bend pipe with R≥1.5D.The re⁃search results provide a reference for the follow-up robot simulation experiment and prototype manufacture.Key words Pipeline robot Structural design Bend pipe passability0引言随着社会的发展，国家对石油、天然气能源的使用需求持续增大，管道这种经济高效的运输方式被广泛使用。

国内外管道修复机器人系统组成管道修复机器人简介管道修复机器人由修复部、从动部、电池腔部、控制腔部、驱动部组成。

修复部包括：前端盖、接线腔、传感器、照明灯、摄像机、麦克风。

从动部包括：导向轮组、线嘴组件，导向轮组内圆周均匀分布有导向轮，数量至少为4个。

电池腔部包括：电池腔壳体、电池组、穿墙端子，电池组供电线路通过穿墙端子与控制板腔内的主控制板相连。

控制腔部装有主控制板，集成有电源控制模块、单片机、音、视频隔离器。

摄像机、扬声器、麦克风分别与音、视频隔离器相连，通过光端机将数据传输到地面显示器上；温度传感器与温度变送器相连，温度变送器再通过线缆与电源模块相连；气体传感器通过串口1 与单片机相连，倾角仪通过串口2 与单片机相连，单片机将处理后的数据通过光纤将修复数据传输到地面显示器上；电机驱动板对电机进行正反转控制，电池组为整个系统提供电源。

驱动部内置无刷电机、隔爆腔、驱动外壳、主动锥齿轮、旋转轴、从动锥齿轮、橡胶车轮、主动轴。

无刷电机安装在隔爆腔内部，橡胶车轮上安装有从动锥齿轮，从动锥齿轮与安装在主动轴上的主动锥齿轮相配合，传递扭矩。

管道修复机器人系统的工作过程：尼龙轮安装在转动臂上，通过扭转弹簧提供支撑力，使得橡胶车轮、尼龙轮同时与管道（或救援孔）内壁相接触，由此橡胶车轮、尼龙轮分别与管道（或救援孔）内壁产生摩擦力，无刷电机通电，带动橡胶车轮旋转，通过控制器控制管道机器人的前进、后退、停止。

宁波广强机器人科技有限公司自主研发的DG300普及型管道机器人DG300普及型管道机器人是一套综合运用CCTV、声纳和激光的检测设备，适用于管径300mm-2000mm管道的检测。

对管道的水下部分进行声纳检测，水上部分进行CCTV和激光检测。

可以全面的反应监测管道内部情况，结合数据处理软件可以生成管道的剖面图，分析管道的形变、淤积状况，生成标准检测报告。

已经达到国内一流水平，拥有发明专利的多种埋钉机填补同行业空白。

排水管道机器人综述排水管道机器人综述陈松李天剑王会香刘相权（北京信息科技大学智能机器人技术研究所，北京，100192）摘要：排水管道机器人通常采用模块化设计，一般分为爬行器、电缆绞盘、上位控制单元、检测单元、辅助装置、图像处理软件等模块。

本文介绍排水管道机器人各模块现有技术特点，并结合智能控制技术，展望未来排水机器人发展方向。

关键词：机器人，排水管道，模块化，技术展望0 引言排水系统被形象地比做城市的命脉，保证排水系统的正常运转，对于保护环境、减少污染、提高人民健康水平、维持城市的正常工作、生活秩序有着非常重要的意义[1]。

因此，为保证排水管道的正常使用，就必须对排水管道进行检测维护，排水管道机器人应运而生。

管道机器人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及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统[2-3]。

1 排水管道机器人模块1.1 爬行器排水管道机器人按爬行器行走方式可分为轮式管道机器人[4]、履带式管道机器人[5]、腿式管道机器人[6]、蠕动式管道机器人[7]。

目前市场上排水管道机器人以轮式管道机器人居多。

1.1.1 轮式管道机器人按行走机构划分，轮式管道机器人可分为支撑轮式和车型式两类。

支撑轮式管道机器人[7]采用对称分布的行走结构，支撑轮紧贴在管道表面，对管道表面有较大压力，行走能力强，可在有较大倾角的排水管道中行走。

在理论上，该机器人的中心与管道中心重合，机器人运动稳定性好。

支撑轮式管道机器人一般具有变径机构，以适应不同管径的管道。

图1 MRINSPECT IIMRINSPECT II采用多节方式，各节间通过可控万向铰连接，可通过弯管接头，采用弹簧支撑式连杆机构[8]。

车型式管道机器人[7]在管道底部行走，具有结构简单、行走连续平稳、运动灵活等优点。

车型式管道机器人靠自身重量提供正压力，因此不能在大倾角的管道中行走。

管道机器人的发展现状与其趋势管道机器人的发展现状及其趋势摘要：管道机器人是一种新型机器人能沿着管壁行走并携带传感器和操作设备。

文章通过对管道机器人的研究，对管道机器人的发展现状及趋势做出分析。

关键词：管道机器人；发展；现状前言随着社会的进步机器人的使用愈来愈普及。

管道机器人是一种新型机器人，可沿着管道内外行走，还能携带传感器来进行完成管道内外作业的机电一体化系统，由行走机构、信号传递、动力传输系统、内部识别检测系统、控制系统等组成[1]。

1管道机器人的分类1.1按能源供给方式分类管道机器人的分类很多可以按其能源供的给方式分：有缆以及无缆。

两者的特点如表1所示。

1.2按行走机构分类按行走机构划分管道机器人主要有以下几种：（1）活塞移动式，原理是活塞在汽缸内的移动运动。

管道机器人的外径略大于管道内径，当其经过的流体形成压力差时，形成的压力差可以克服阻力而运动，根据需要可以加上传感器。

（2）蠕动移动式，其原理设计是模仿昆虫移动。

在行走时，分别使左右支撑足上面与管壁接触下面通过管壁接触滚轮使蠕动丝杠左转和右转，使螺母在丝杠上左右移动。

（3）履带移动式，根据履带式车辆行走的原理，采用带齿轮减速箱的直流电机驱动而形成的移动。

（4）足腿移动式，是足腿压着管壁支撑主体，采用多腿在各种形状的弯管内移动，可在各种类型的管道里移动，其运动较为方便灵活。

（5）滚轮移动式，行走结构是依靠滚轮驱动电机驱动，一般轮径较小会有限制，并且其越障能力也有限[2]。

随着科技的进步发展会有越来越多的类型的管道机器人设计开发使用。

2管道机器人在国内外的发展1.3管道机器人在国内发展国内在管道机器人方面的研究起步较晚。

哈尔滨工业大学的邓宗全教授最先研究轮式行走的管道机器人，主要用于大口径管道的自动化检测。

上海大学最先研制了细小工业管道机器人的移动探测器及集成系统可实现20毫米管道内探测。

近几年，管道机器人的形式样式与应用场合更加灵活与常见。