管道爬行機(jī)器人的發(fā)展與展望

　　管道爬行機(jī)器人是一類集多類傳感器及操作裝置（錄像機(jī)、清理裝置、焊接裝置、防腐噴漆裝置、機(jī)械手、位姿傳感器、超聲波傳感器等）一身的機(jī)器人。管道爬行機(jī)器人作業(yè)時(shí)通過操作員遠(yuǎn)距離的遙控來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(yùn)輸有運(yùn)輸手段簡(jiǎn)便、制造方便、運(yùn)輸效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛的應(yīng)用于農(nóng)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(dá)500000km，并且在以每年1500km的速度快速增長。

　　然而，隨著管道的使用時(shí)間的不斷延長，管道的老化情況日益嚴(yán)重，管道內(nèi)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(xiàn)管道泄露、裂紋、輸送介質(zhì)泄露或者截留面積減小等問題。所以，就需要對(duì)管道的情況定期進(jìn)行排查、維護(hù)和維修。然而有些管道通常輸送的介質(zhì)多是對(duì)人體有害的并且管道的空間狹小，使得工作人員無法直接對(duì)管道進(jìn)行人工維修和檢測(cè)。

　　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(cè)維修法等。這些方法都需要耗費(fèi)需要大量的人力物力財(cái)力，并且還無法保證管道能夠正常使用。還有的方法隨機(jī)性比較強(qiáng)，準(zhǔn)確率很低，無法做到對(duì)管道進(jìn)行、*的排查，從而造成了管道運(yùn)輸?shù)陌踩[患。

　　基于上述不盡如人意的管道排查、檢測(cè)和維修方式，所以迫切的需要一種新的管道維修方式。國內(nèi)外學(xué)者提出了一種由機(jī)器人代替人工進(jìn)入到管道中對(duì)管道進(jìn)行日常維護(hù)、檢測(cè)的新想法并對(duì)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(jī)器人以來，管道爬行機(jī)器人開始了迅猛的發(fā)展，其中一部分管道爬行機(jī)器人已進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用階段，在對(duì)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 管道類機(jī)器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

　　歐洲對(duì)管道爬行機(jī)器人的研究起步相對(duì)較早。伴隨著電子技術(shù)及通訊技術(shù)的發(fā)展，管道爬行機(jī)器人已達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用水平。

　　日本電子行業(yè)的發(fā)展也刺激著管道爬行機(jī)器人的不斷革新。例如1990年東京大學(xué)就開始了管道爬行機(jī)器人的研究，并提出了THES系列管道爬行機(jī)器人。

　　“月球車”是早期由俄羅斯提出，配備有9個(gè)驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人。該機(jī)器人采用并聯(lián)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，攝像頭翻轉(zhuǎn)可進(jìn)行多角度的拍攝，對(duì)維修部件進(jìn)行了多角度的找位，管道氣人利用自身的設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)、維修作業(yè)。

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

　　2 管道爬行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)類型

　　管道爬行機(jī)器人按照運(yùn)動(dòng)部件分為輪式、履帶式、關(guān)節(jié)式、壓差介質(zhì)式等。

　　2.1 車輪式管道爬行機(jī)器人

　　具有速度快，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，拖動(dòng)力大等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用石油、汽油輸送管的日常清理和維護(hù)中。該類機(jī)器人行進(jìn)特點(diǎn)是需使驅(qū)動(dòng)輪與管道內(nèi)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。該正壓力主要來源于機(jī)器人的自身重力、彈簧力等等。

　　2.2 履帶式管道爬行機(jī)器人

　　履帶的結(jié)構(gòu)使得該類機(jī)器人具有非常好的附著性，所以對(duì)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(jī)器人由于是履帶這種較為復(fù)雜的行進(jìn)方式，不易控制也不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

　　2.3 關(guān)節(jié)式管道爬行機(jī)器人

　　關(guān)節(jié)式機(jī)器人是仿生學(xué)在機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用的典型例子。此類機(jī)器人一般具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，機(jī)器人尺寸相對(duì)較大。應(yīng)用于管道爬行機(jī)器人領(lǐng)域中，由于管道空間有限必須對(duì)其機(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。

　　3 展望

　　經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者多年的潛心研究，使管道爬行機(jī)器人已經(jīng)形成了較為成熟的體系，并且也在實(shí)際應(yīng)用中取得了預(yù)計(jì)的成果，特別是在焊接、清理、檢測(cè)、修補(bǔ)等方向，但也主要是針對(duì)于管徑較大的管道。