管道機器人是一種新型機器人能沿著(zhù)管壁行走并攜帶傳感器和操作設備。
隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步機器人的使用愈來(lái)愈普及。管道機器人作為一種新型機器人，可沿著(zhù)管道內外行走，還能攜帶傳感器來(lái)進(jìn)行完成管道內外作業(yè)的機電一體化系統，由行走機構、信號傳遞、動(dòng)力傳輸系統、內部識別檢測系統、控制系統等組成。
一、管道機器人的分類(lèi)
1、按能源供給方式分類(lèi)
管道機器人的分類(lèi)很多可以按其能源供的給方式分：有纜以及無(wú)纜。兩者的特點(diǎn)如下。
有纜：行走距離遠或管道有轉彎時(shí)，線(xiàn)纜與管壁的摩擦會(huì )影響機器人作業(yè)行走；能源供應方式及儲存較為穩定。
無(wú)纜：能源將管道中液體的能量轉換，使機器 人在管道內能夠改變運動(dòng)方向；儲存的能量有限，受電池質(zhì)量影響較大。
2、按行走機構分類(lèi)
按行走機構劃分管道機器人主要有以下幾種：
(1)活塞移動(dòng)式，原理是活塞在汽缸內的移動(dòng)運動(dòng)。管道機器人的外徑略大于管道內徑，當其經(jīng)過(guò)的流體形成壓力差時(shí)，形成的壓力差可以克服阻力而運動(dòng)，根據需要可以加上傳感器。
(2)蠕動(dòng)移動(dòng)式，其原理設計是模仿昆蟲(chóng)移動(dòng)。在行走時(shí)，分別使左右支撐足上面與管壁接觸下面通過(guò)管壁接觸滾輪使蠕動(dòng)絲杠左轉和右轉，使螺母在絲杠上左右移動(dòng)。
(3)履帶移動(dòng)式，根據履帶式車(chē)輛行走的原理，采用帶齒輪減速箱的直流電機驅動(dòng)而形成的移動(dòng)。
(4)足腿移動(dòng)式，是足腿壓著(zhù)管壁支撐主體，采用多腿在各種形狀的彎管內移動(dòng)，可在各種類(lèi)型的管道里移動(dòng)，其運動(dòng)較為方便靈活。
(5)滾輪移動(dòng)式，行走結構是依靠滾輪驅動(dòng)電機驅動(dòng)，一般輪徑較小會(huì )有制，并且其越障能力也有限。
隨著(zhù)科技的進(jìn)步發(fā)展會(huì )有越來(lái)越多的類(lèi)型的管道機器人設計開(kāi)發(fā)使用。
二、管道機器人在國內外的發(fā)展
1、管道機器人在國內的發(fā)展
國內在管道機器人方面的研究起步較晚。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的鄧宗全教授最先研究輪式行走的管道機器人，主要用于大口徑管道的自動(dòng)化檢測。上海大學(xué)最先研制了細小工業(yè)管道機器人的移動(dòng)探測器及集成系統可實(shí)現20毫米管道內探測。
近幾年，管道機器人的形式樣式與應用場(chǎng)合更加靈活與常見(jiàn)。如北京順義區最近投入使用的智能管道機器人不僅可以自動(dòng)報警與定位還可以進(jìn)行監測，與人工方式比較能夠提高了有限空間作業(yè)以及安全保障能力，效率也大大的提高了很多。管道機器人不但為人類(lèi)生活提供了便利與方便，在重大場(chǎng)合也可以進(jìn)行實(shí)驗模擬。蘇州大學(xué)五名學(xué)生發(fā)明出一種微型管道機器人，頭部有攝像監測設備可深入到核電蒸汽管道檢查管道的安全避免事故的發(fā)生。隨著(zhù)現代科技的飛速發(fā)展，許多單位開(kāi)始研究管道機器人，管道機器人也是應用在許多領(lǐng)域并逐步完善與發(fā)展。
2、管道機器人在國外的發(fā)展
國外開(kāi)始研究管道機器人發(fā)展較早，1978年法國的J1VERTUT最早提出輪式管道機器人的行走機構模型。日本東京工業(yè)大學(xué)早在1993年開(kāi)始研究管道機器人，他們成功研制出適用微小管道機器人。美國的工業(yè)制造業(yè)一直處于國際先列，前后有很多公司及大學(xué)制造出管道機器人。在2001年，紐約煤氣集團和卡內基梅隆大學(xué)機器人學(xué)院研制出了無(wú)纜式長(cháng)距離的管道機器人，這種管道機器人能夠檢測地下煤氣管道的狀況。加拿大最先成功制造出完整的雙履帶式管內機器人系統，履帶采用剛性支承結構，其結構連接緊湊，剛性好。但這種剛性支承的履帶在行走過(guò)程中會(huì )使兩個(gè)履帶之間的夾角無(wú)法改變，因此只適用于管徑?jīng)]有變化的普管通作業(yè)場(chǎng)合。
三、管道機器人的應用及發(fā)展趨勢
1、在各類(lèi)包裝所用的管類(lèi)產(chǎn)品對精度要求比較高，因此在加工和使用過(guò)程中需要精確檢測。管道機器人直線(xiàn)位移精度能達到幾微米，這樣可以及時(shí)檢測到管道的缺陷。有些管道形狀復雜或者長(cháng)度較長(cháng)，給檢測帶來(lái)了一定帶來(lái)了一定的難度，現在可以使用微型管道管機道器機人器技術(shù)人在管道機器人輕松解決問(wèn)題。
2、管道機器人在石油工業(yè)中的應用
管道機器人技術(shù)在油氣管道技術(shù)中是長(cháng)期以來(lái)研究的熱點(diǎn)。管道機器人技術(shù)是融合了多種先進(jìn)技術(shù)的機電一體化裝置，給油氣運輸提供了便利。管道機器人在人類(lèi)無(wú)法工作的環(huán)境工作，在運輸油氣中能夠方便快捷得輕松檢測與監控穩定。但我國幅員廣闊南北溫度跨度大，管道機器人的應用還處于上升期，仍然存在很多問(wèn)題。隨著(zhù)石油工業(yè)的發(fā)展，油氣管道機器人的水平能夠提高逐漸完善不足
3、管道機器人在飛行器的應用
在航天技術(shù)的發(fā)展下可以利用管道機器人的運動(dòng)使使模擬實(shí)驗輕松簡(jiǎn)化。球形飛行器主要是利用一定氣體的噴射使管道機器人浮在管道內移動(dòng)。管道機器人在球形飛行器的運動(dòng)模擬可以得到運動(dòng)參數及狀態(tài)，為航天技術(shù)的實(shí)驗提供了便利。管道機器人在球型飛行器的應用與實(shí)踐能夠驗證球形管道機器人的可行性，為實(shí)驗模擬奠定了基礎。
4、管道機器人在城市排水
在城市排水管道的排水量的逐漸變大，管道由于工業(yè)垃圾廢物進(jìn)入排水管道中會(huì )形成堵塞或者腐蝕，因此應該及時(shí)進(jìn)行清理、疏通管道。管道機器人可以進(jìn)入地下管道完成一定的管理、養護、維修、疏通等任務(wù)，減輕了危害。
四、管道機器人發(fā)展存在的問(wèn)題
1、能源供給問(wèn)題
傳統能管源供內機給器問(wèn)題人常用的能源供應為有纜方式，拖纜摩擦并沒(méi)有太多影響機器人行走。但對于距離遙遠且管道不平整時(shí)運輸石油和天然氣等，管道機器人顯然是存在問(wèn)題的。所以開(kāi)發(fā)管道機器人具有現實(shí)意義必須首先解性能源長(cháng)距離供應的問(wèn)題。
2、可靠性問(wèn)題
石油天然氣管道是很重要的能源命脈，在一定程度上影響人們生活工作。對于現有的大口徑管道，管道一旦出現問(wèn)題與事故會(huì )直接影響國際的經(jīng)濟效益。但管道線(xiàn)路長(cháng)不容易檢測與監控，因此，管道機器人在管道內工作時(shí)，管道機器人運行的可靠性一定要保證。
3、位置識別與越障能力
常規管位置道識機別與器人越通障常能使力用與驅動(dòng)輪連接的光電碼盤(pán)構成閉環(huán)控制，從而來(lái)實(shí)現檢測。但管道機器人在一些復雜的管道內，由于管內的信號的屏蔽或者管壁光滑程度的影響，在輸送反饋信號等一系列信號時(shí)形成的阻礙對于管道機器人的工作帶來(lái)極大的影響，有時(shí)候甚至導致管道機器人停止工作。在管道內的管道一般不是光滑筆直的，因此需要管道機器人有一定的越障能力。因此，設計出能投入生產(chǎn)使用的管內機器人，必須考慮管道機器人感應識別與越障能力。
4、控制系統的自制
現有控制的管道系統的機器自制人的研究與使用局限在管內運動(dòng)和檢測等。而在工程中的運動(dòng)、檢測、修復一體化的環(huán)節還沒(méi)有實(shí)現完善，因此還要考慮管道機器人控制系統自制完善自我修復功能，相信在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展下，管道機器人自制一體化會(huì )逐漸完善與進(jìn)步。
隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步機器人的使用愈來(lái)愈普及。管道機器人作為一種新型機器人，可沿著(zhù)管道內外行走，還能攜帶傳感器來(lái)進(jìn)行完成管道內外作業(yè)的機電一體化系統，由行走機構、信號傳遞、動(dòng)力傳輸系統、內部識別檢測系統、控制系統等組成。
一、管道機器人的分類(lèi)
1、按能源供給方式分類(lèi)
管道機器人的分類(lèi)很多可以按其能源供的給方式分：有纜以及無(wú)纜。兩者的特點(diǎn)如下。
有纜：行走距離遠或管道有轉彎時(shí)，線(xiàn)纜與管壁的摩擦會(huì )影響機器人作業(yè)行走；能源供應方式及儲存較為穩定。
無(wú)纜：能源將管道中液體的能量轉換，使機器 人在管道內能夠改變運動(dòng)方向；儲存的能量有限，受電池質(zhì)量影響較大。
2、按行走機構分類(lèi)
按行走機構劃分管道機器人主要有以下幾種：
(1)活塞移動(dòng)式，原理是活塞在汽缸內的移動(dòng)運動(dòng)。管道機器人的外徑略大于管道內徑，當其經(jīng)過(guò)的流體形成壓力差時(shí)，形成的壓力差可以克服阻力而運動(dòng)，根據需要可以加上傳感器。
(2)蠕動(dòng)移動(dòng)式，其原理設計是模仿昆蟲(chóng)移動(dòng)。在行走時(shí)，分別使左右支撐足上面與管壁接觸下面通過(guò)管壁接觸滾輪使蠕動(dòng)絲杠左轉和右轉，使螺母在絲杠上左右移動(dòng)。
(3)履帶移動(dòng)式，根據履帶式車(chē)輛行走的原理，采用帶齒輪減速箱的直流電機驅動(dòng)而形成的移動(dòng)。
(4)足腿移動(dòng)式，是足腿壓著(zhù)管壁支撐主體，采用多腿在各種形狀的彎管內移動(dòng)，可在各種類(lèi)型的管道里移動(dòng)，其運動(dòng)較為方便靈活。
(5)滾輪移動(dòng)式，行走結構是依靠滾輪驅動(dòng)電機驅動(dòng)，一般輪徑較小會(huì )有制，并且其越障能力也有限。
隨著(zhù)科技的進(jìn)步發(fā)展會(huì )有越來(lái)越多的類(lèi)型的管道機器人設計開(kāi)發(fā)使用。
二、管道機器人在國內外的發(fā)展
1、管道機器人在國內的發(fā)展
國內在管道機器人方面的研究起步較晚。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的鄧宗全教授最先研究輪式行走的管道機器人，主要用于大口徑管道的自動(dòng)化檢測。上海大學(xué)最先研制了細小工業(yè)管道機器人的移動(dòng)探測器及集成系統可實(shí)現20毫米管道內探測。
近幾年，管道機器人的形式樣式與應用場(chǎng)合更加靈活與常見(jiàn)。如北京順義區最近投入使用的智能管道機器人不僅可以自動(dòng)報警與定位還可以進(jìn)行監測，與人工方式比較能夠提高了有限空間作業(yè)以及安全保障能力，效率也大大的提高了很多。管道機器人不但為人類(lèi)生活提供了便利與方便，在重大場(chǎng)合也可以進(jìn)行實(shí)驗模擬。蘇州大學(xué)五名學(xué)生發(fā)明出一種微型管道機器人，頭部有攝像監測設備可深入到核電蒸汽管道檢查管道的安全避免事故的發(fā)生。隨著(zhù)現代科技的飛速發(fā)展，許多單位開(kāi)始研究管道機器人，管道機器人也是應用在許多領(lǐng)域并逐步完善與發(fā)展。
2、管道機器人在國外的發(fā)展
國外開(kāi)始研究管道機器人發(fā)展較早，1978年法國的J1VERTUT最早提出輪式管道機器人的行走機構模型。日本東京工業(yè)大學(xué)早在1993年開(kāi)始研究管道機器人，他們成功研制出適用微小管道機器人。美國的工業(yè)制造業(yè)一直處于國際先列，前后有很多公司及大學(xué)制造出管道機器人。在2001年，紐約煤氣集團和卡內基梅隆大學(xué)機器人學(xué)院研制出了無(wú)纜式長(cháng)距離的管道機器人，這種管道機器人能夠檢測地下煤氣管道的狀況。加拿大最先成功制造出完整的雙履帶式管內機器人系統，履帶采用剛性支承結構，其結構連接緊湊，剛性好。但這種剛性支承的履帶在行走過(guò)程中會(huì )使兩個(gè)履帶之間的夾角無(wú)法改變，因此只適用于管徑?jīng)]有變化的普管通作業(yè)場(chǎng)合。
三、管道機器人的應用及發(fā)展趨勢
1、在各類(lèi)包裝所用的管類(lèi)產(chǎn)品對精度要求比較高，因此在加工和使用過(guò)程中需要精確檢測。管道機器人直線(xiàn)位移精度能達到幾微米，這樣可以及時(shí)檢測到管道的缺陷。有些管道形狀復雜或者長(cháng)度較長(cháng)，給檢測帶來(lái)了一定帶來(lái)了一定的難度，現在可以使用微型管道管機道器機人器技術(shù)人在管道機器人輕松解決問(wèn)題。
2、管道機器人在石油工業(yè)中的應用
管道機器人技術(shù)在油氣管道技術(shù)中是長(cháng)期以來(lái)研究的熱點(diǎn)。管道機器人技術(shù)是融合了多種先進(jìn)技術(shù)的機電一體化裝置，給油氣運輸提供了便利。管道機器人在人類(lèi)無(wú)法工作的環(huán)境工作，在運輸油氣中能夠方便快捷得輕松檢測與監控穩定。但我國幅員廣闊南北溫度跨度大，管道機器人的應用還處于上升期，仍然存在很多問(wèn)題。隨著(zhù)石油工業(yè)的發(fā)展，油氣管道機器人的水平能夠提高逐漸完善不足
3、管道機器人在飛行器的應用
在航天技術(shù)的發(fā)展下可以利用管道機器人的運動(dòng)使使模擬實(shí)驗輕松簡(jiǎn)化。球形飛行器主要是利用一定氣體的噴射使管道機器人浮在管道內移動(dòng)。管道機器人在球形飛行器的運動(dòng)模擬可以得到運動(dòng)參數及狀態(tài)，為航天技術(shù)的實(shí)驗提供了便利。管道機器人在球型飛行器的應用與實(shí)踐能夠驗證球形管道機器人的可行性，為實(shí)驗模擬奠定了基礎。
4、管道機器人在城市排水
在城市排水管道的排水量的逐漸變大，管道由于工業(yè)垃圾廢物進(jìn)入排水管道中會(huì )形成堵塞或者腐蝕，因此應該及時(shí)進(jìn)行清理、疏通管道。管道機器人可以進(jìn)入地下管道完成一定的管理、養護、維修、疏通等任務(wù)，減輕了危害。
四、管道機器人發(fā)展存在的問(wèn)題
1、能源供給問(wèn)題
傳統能管源供內機給器問(wèn)題人常用的能源供應為有纜方式，拖纜摩擦并沒(méi)有太多影響機器人行走。但對于距離遙遠且管道不平整時(shí)運輸石油和天然氣等，管道機器人顯然是存在問(wèn)題的。所以開(kāi)發(fā)管道機器人具有現實(shí)意義必須首先解性能源長(cháng)距離供應的問(wèn)題。
2、可靠性問(wèn)題
石油天然氣管道是很重要的能源命脈，在一定程度上影響人們生活工作。對于現有的大口徑管道，管道一旦出現問(wèn)題與事故會(huì )直接影響國際的經(jīng)濟效益。但管道線(xiàn)路長(cháng)不容易檢測與監控，因此，管道機器人在管道內工作時(shí)，管道機器人運行的可靠性一定要保證。
3、位置識別與越障能力
常規管位置道識機別與器人越通障常能使力用與驅動(dòng)輪連接的光電碼盤(pán)構成閉環(huán)控制，從而來(lái)實(shí)現檢測。但管道機器人在一些復雜的管道內，由于管內的信號的屏蔽或者管壁光滑程度的影響，在輸送反饋信號等一系列信號時(shí)形成的阻礙對于管道機器人的工作帶來(lái)極大的影響，有時(shí)候甚至導致管道機器人停止工作。在管道內的管道一般不是光滑筆直的，因此需要管道機器人有一定的越障能力。因此，設計出能投入生產(chǎn)使用的管內機器人，必須考慮管道機器人感應識別與越障能力。
4、控制系統的自制
現有控制的管道系統的機器自制人的研究與使用局限在管內運動(dòng)和檢測等。而在工程中的運動(dòng)、檢測、修復一體化的環(huán)節還沒(méi)有實(shí)現完善，因此還要考慮管道機器人控制系統自制完善自我修復功能，相信在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展下，管道機器人自制一體化會(huì )逐漸完善與進(jìn)步。
