管道爬行機器人的發(fā)展與展望

　　管道爬行機器人的發(fā)展與展望

　　管道爬行機器人是一類(lèi)集多類(lèi)傳感器及操作裝置（錄像機、清理裝置、焊接裝置、防腐噴漆裝置、機械手、位姿傳感器、超聲波傳感器等）一身的機器人。管道爬行機器人作業(yè)時(shí)通過(guò)操作員遠距離的遙控來(lái)控制完成管道下一系列的清理維系等工作，是一種新型的自動(dòng)化在水下管道中的自動(dòng)化作業(yè)裝置。

　　管道運輸有運輸手段簡(jiǎn)便、制造方便、運輸效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛的應用于農業(yè)、工業(yè)以及生活中的各個(gè)領(lǐng)域。目前，我國輸送汽油等燃料的管道已建達500000km，并且在以每年1500km的速度快速增長(cháng)。

　　然而，隨著(zhù)管道的使用時(shí)間的不斷延長(cháng)，管道的老化情況日益嚴重，管道內壁或外壁不斷受到輸送介質(zhì)及外部力的沖擊等各種因素的影響，很可能會(huì )出現管道泄露、裂紋、輸送介質(zhì)泄露或者截留面積減小等問(wèn)題。所以，就需要對管道的情況定期進(jìn)行排查、維護和維修。然而有些管道通常輸送的介質(zhì)多是對人體有害的并且管道的空間狹小，使得工作人員無(wú)法直接對管道進(jìn)行人工維修和檢測。

　　然而由于管道的掩埋性，目前采用的多的維修方式就是挖掘法及抽樣檢測維修法等。這些方法都需要耗費需要大量的人力物力財力，并且還無(wú)法保證管道能夠正常使用。還有的方法隨機性比較強，準確率很低，無(wú)法做到對管道進(jìn)行、*的排查，從而造成了管道運輸的安全隱患。

　　基于上述不盡如人意的管道排查、檢測和維修方式，所以迫切的需要一種新的管道維修方式。國內外學(xué)者提出了一種由機器人代替人工進(jìn)入到管道中對管道進(jìn)行日常維護、檢測的新想法并對其進(jìn)行了深入的研究。自1978年提出了腿足式的管道爬行機器人以來(lái)，管道爬行機器人開(kāi)始了迅猛的發(fā)展，其中一部分管道爬行機器人已進(jìn)入到實(shí)際應用階段，在對管道的日常檢查、排查、維修中起到了發(fā)揮了極其重要的作用。

　　1 管道類(lèi)機器人國內外發(fā)展現狀

　　歐洲對管道爬行機器人的研究起步相對較早。伴隨著(zhù)電子技術(shù)及通訊技術(shù)的發(fā)展，管道爬行機器人已達到了實(shí)際應用水平。

　　日本電子行業(yè)的發(fā)展也刺激著(zhù)管道爬行機器人的不斷革新。例如1990年?yáng)|京大學(xué)就開(kāi)始了管道爬行機器人的研究，并提出了THES系列管道爬行機器人。

　　“月球車(chē)”是早期由俄羅斯提出，配備有9個(gè)驅動(dòng)的并聯(lián)機器人。該機器人采用并聯(lián)傳動(dòng)機構，攝像頭翻轉可進(jìn)行多角度的拍攝，對維修部件進(jìn)行了多角度的找位，管道氣人利用自身的設備對管道進(jìn)行檢測、維修作業(yè)。

　　國內對于管道爬行機器人的研發(fā)相對起步較晚，盡管如此，國內也不乏典型的并聯(lián)機器人研究成果。例如上海交通大學(xué)提出的煤氣管道檢測機器人。該機器人具有特殊的四邊形結構，具有非常好的自適應能力，并采用輪腿的行進(jìn)方式。

　　2 管道爬行機器人的結構類(lèi)型

　　管道爬行機器人按照運動(dòng)部件分為輪式、履帶式、關(guān)節式、壓差介質(zhì)式等。

　　2.1 車(chē)輪式管道爬行機器人

　　具有速度快，機構簡(jiǎn)單，拖動(dòng)力大等特點(diǎn)。廣泛應用石油、汽油輸送管的日常清理和維護中。該類(lèi)機器人行進(jìn)特點(diǎn)是需使驅動(dòng)輪與管道內壁有一定的封閉的正壓力才能產(chǎn)生一定的供其行走的摩擦力。該正壓力主要來(lái)源于機器人的自身重力、彈簧力等等。

　　2.2 履帶式管道爬行機器人

　　履帶的結構使得該類(lèi)機器人具有非常好的附著(zhù)性，所以對于泥濘或有較厚油污的管道也能可靠的行進(jìn)。但履帶式管道爬行機器人由于是履帶這種較為復雜的行進(jìn)方式，不易控制也不易實(shí)現自動(dòng)化。

　　2.3 關(guān)節式管道爬行機器人

　　關(guān)節式機器人是仿生學(xué)在機器人行業(yè)應用的典型例子。此類(lèi)機器人一般具有較為復雜的結構，機器人尺寸相對較大。應用于管道爬行機器人領(lǐng)域中，由于管道空間有限必須對其機構尺寸進(jìn)行嚴格的設計。

　　3 展望

　　經(jīng)過(guò)國內外學(xué)者多年的潛心研究，使管道爬行機器人已經(jīng)形成了較為成熟的體系，并且也在實(shí)際應用中取得了預計的成果，特別是在焊接、清理、檢測、修補等方向，但也主要是針對于管徑較大的管道。