基于计算机视觉的管道机器人导航与目标识别

随着社会的不断发展,计算机、人工智能等先进技术愈加成熟。在人工智能技术的支撑下,管道机器人的性能不断完善,其中基于计算机视觉的管道机器人不仅能够根据运行需求对运动路线进行导航,还能够对目标信息进行有效识别。管道机器人企业只有不断加强对计算机视觉、导航及目标识别等技术的研发,才能使管道机器人在各行各业中发挥重要的作用。文章将围绕机器人视觉概述、基于计算机视觉的管道机器人导航与目标识别等方面进行具体的研究及分析。

一种小型履带式管道机器人的研究与设计

针对通风管道人工探查不便的现状,设计了一款专用的小型履带机器人。该机器人通过合理的结构设计,可以在狭窄的管道内实现爬坡和越障功能。开发了基于树莓派和STM32的控制系统,设计了整个机器体的硬件电路和各模块的控制程序,利用Qt Creator软件创建了便于控制与接收数据的上位机界面。通过光纤通信实现上位机和机器人的数据互通。机器人搭载的摄像头模块和轮速计可以在复杂的管道环境中实现定位功能。经过实验与数据采集,表明该机器人整体功能完善,在实际工作环境中运行平稳,能够满足管道机器人的工作要求。

管道机器人取能模块建模与几何参数仿真分析

管道机器人在工作过程中,受到线缆长度或蓄电池容量的影响,工作时间会受到限制。为了使机器人在管道内能够持续地工作,设计了一款能在管道内部将流体动能转化为电能的取能模块。叶轮在取能模块中起到将流体动能转化为机械能的作用,是整个模块的核心部分。针对不同参数的叶轮进行建模,并对叶轮进行CFD仿真分析。进而能分析叶轮在管道内部的受力情况以及叶轮形状等参数对于管道内部流场的影响。根据受力情况可校核叶轮的强度,并根据管道内部流场的变化进行叶轮的选型。

快速爬行软体管道机器人的设计与性能分析

采用锚定-伸缩运动机制的软体管道机器人多以硅胶、水凝胶等柔性材料为主体,可通过柔性材料的变形来实现在管道内的锚定和伸缩,具有良好的柔顺性。但由于柔性材料具有黏弹性和滞后性,软体管道机器人通常表现出较小的作用力和较慢的响应速度,难以快速储存和释放大量机械能,爬行速度缓慢。为解决这一问题,设计了一种可实现快速爬行的软体管道机器人。该机器人由锚定模块和伸缩模块组成,锚定模块利用柔性带的屈曲变形来实现在管道内的锚定,伸缩模块采用以塔簧为主体的软连续体结构来实现伸展与收缩。通过实验测得,该机器人在管道内的最大爬行速度为102 mm/s,最大锚定力为76.4 N,其能够在内径为90~120 mm的管道内实现稳定爬行,且对不同形状的非结构化管道环境具有良好的适应性。结果表明,所设计的机器人不仅能够在水平和竖直管道内实现双向爬行,还能够快速通过S形管道,这可为非结构化管道内软体机器人的设计与研究提供新思路。

螺旋驱动可变径管道机器人设计与实验研究

针对目前管道清洗机器人存在的通过性差、结构复杂、适应范围单一的问题,设计一款基于螺旋驱动原理的具有自适应变径的轮式气动管道清洁机器人。该机器人由前部螺旋行走机构、清洗机构、中间动力输送机构、后部支撑行走机构组成,可适应360~440 mm的管道。简述该机器人的整体结构和工作原理;通过建立机器人简化模型,分析机器人在弯管内的通过性;对机器人在垂直管道内的平衡状态进行静力学分析,得到支撑气缸与气动马达的选型参数;通过ADAMS软件模拟机器人运动状态,对机器人在管道内位移轨迹和接触力进行分析,仿真结果表明机器人可顺利通过弯管;最后通过样机试制并进行了行走实验,验证了机器人结构设计的可行性和合理性。

主动变径式管道机器人机构设计与性能分析

研制一种具有主动变径机构的圆形管道机器人。设计具有3组独立控制驱动模块的机器人机构,对机器人进行位姿和力学分析,描述了机器人在典型位姿条件下的力学特性。制作机器人实验样机,使用ADAMS软件对机器人进行运动仿真计算,对机器人在管道内部的姿态适应性和摩擦条件适应性进行实验验证。仿真计算和实验研究结果验证了该机器人机构设计的合理性和较好的管道适应性。

一种主动自适应管道机器人的设计

为了减少人工检修管道造成的安全事故,设计了一种主动自适应管径变化的管道机器人,机器人驱动方式选择电动机驱动,变径机构选择丝杆螺母副式变径,通过对压力传感器检测到的管道内壁对车轮施加压力的大小与预设的管道机器人在管道内平稳行走时车轮受到的压力进行比较,改变丝杆螺母副的移动副前进和后退,来实现对管道机器人整体直径大小的控制。

管道机器人过T型管垂直爬坡动态性能分析

为进一步了解复杂管道的内部环境,设计一种全驱动轮式管道机器人。通过坐标旋转法,分析管道机器人通过T型管垂直爬坡时的姿态调整过程与运动状态变化,运用ADAMS动力学分析软件,分析管道机器人通过T型管时各驱动轮的受力情况和驱动轮质心运动速度变化。研究发现管道机器人通过T型管时,其各驱动轮先后经历悬空状态并失去管壁支撑,4个驱动轮与管壁的接触力总的变化趋势均是先减小到0 N,然后随着驱动轮与管壁发生接触碰撞,接触力迅速增大,幅值超过其稳态值;前后2个驱动模块的驱动轮质心运动速度不同,前驱动模块驱动轮质心运动速度变化规律为类似正弦变化,后驱动模块由于接触碰撞,上部驱动轮与管壁发生打滑,驱动轮运动速度先轻微增大后迅速减小。研究结果为管道机器人的结构设计提供参考。

仿尺蠖变径伸缩式管道机器人的设计与分析

为提高复杂环境下管道机器人的灵活性和适应能力,模拟尺蠖运动方式,基于凸轮自锁原理,设计了一种仿尺蠖变径伸缩式管道机器人。采用丝杠螺母伸缩传动结构,机器人可以实现仿尺蠖运动。利用凸轮自锁原理,实现机器人的单向自锁。建立变径机构的封闭力模型与动力学模型,通过应用ADAMS软件在水平管道内进行动力学仿真分析,验证设计的可行性。仿尺蠖变径伸缩式管道机器人具有良好的越障能力、承载能力和管道适应性,能够满足复杂、直径多变的管道内运动要求。

可变径防侧倾清扫管道机器人结构与通过性能分析

使用很久的管道一般存在破损、腐蚀、老化、堆积异物等问题,针对老化且错综复杂的管道的清理工作,本文提出了一种可在老化的管道内实现异物清理的管道机器人。机器人采用可变径设计,每个驱动装置有单独的驱动系统,外观结构设计可以防止机器人本体发生侧倾。机器人采用履带行走方式,以解决当前机器人在复杂且老化的管道中难以前行的问题。本文首先介绍了管道机器人的整体结构以及在管道中行走的工作原理,然后对管道机器人转弯特性进行分析,最后基于ANSYS软件对关键性部件进行分析,以验证其在管道内的功能以及通过性。

利用管道机器人更加经济地焊接管道

许多领域中都离不开焊接精良的管道。但现阶段企业缺少高水平的焊接技工。为了按时完成订单合同,企业必须另辟蹊径。通常情况下,自动化成为了企业解决问题的关键所在。飞溅的火花、灼热的热浪、烟雾缭绕以及不符合人体工程学的操作姿势,这些都表明焊接是一项艰苦的工作。再加上连续工作几个小时才能看到焊接后的成果,即使是经验丰富的焊工,也要付出更多的体力和技能来完成自己承担的工作。由此,人口结构的变化导致熟练的焊工成为稀缺的劳动力资源。

基于管道机器人监测系统的堆石坝沉降变形分析

为了便于在现有堆石坝变形监测体系下对管道机器人监测系统的结果进行分析,并了解其在大坝沉降监测中的应用效果,介绍了一种管道机器人监测系统及大坝沉降计算方法。以贵州省夹岩水利枢纽工程为例,对管道机器人监测系统与传统水管式沉降仪的监测结果进行对比。结果表明:通过对管道机器人监测结果的解算,可得出坝体三维空间的沉降,便于在现有监测体系下对大坝变形情况进行统一分析。管道机器人与传统水管式沉降仪沉降监测结果的偏差较小,且沉降变化特征符合堆石坝沉降规律。管道机器人监测系统在堆石坝沉降监测中的应用具有可靠性,可为堆石坝安全评估提供依据。

电力电缆敷设自动调节技术及管道机器人技术研究

在电力电缆施工中,电缆敷设的工作量大,通常由人工完成。随着工业技术的进步,部分工作已被机械作业取代,发展成人工敷设与机械敷设相结合的作业方式。然而电缆敷设环境复杂,机械敷设的开展仍存在较大的局限性。为进一步优化电力电缆敷设方法,从敷设参数监控与自动化调节技术和管道机器人技术两方面汇总了近些年来电缆敷设工艺的改进,为相关工作者提供借鉴与参考。

关于机器视觉的管道机器人焊缝缺陷检测研究

随着计算机技术和图像处理技术的飞速发展,机器视觉系统逐渐成为自动化检测和质量控制的有效工具。详细介绍了利用图像处理算法对管道机器人焊接过程中的焊缝进行检测,并通过大量试验确定了参数,得到一种确实可行的应用方法,去完成焊缝的检测。

地下管道机器人定位系统

为解决地下管道机器人难以定位的问题,基于惯性测量单元设计了一款多传感器融合的定位系统。系统搭载六轴惯性测量器件对地下管道机器人进行加速度和角速度的测量,搭载里程计对地下管道机器人进行位移的测量,采用四元数法进行角度姿态解算,融合卡尔曼滤波算法对定位系统进行误差补偿,从而实现了地下管道机器人的定位。

机械自适应管道机器人的机构原理与仿真分析

针对轮式管道机器人在遇到弯管或不规则管时会发生运动干涉的问题,提出将三轴差动轮系引入管道机器人驱动系统中,使轮式管道机器人具有对管道环境的自动适应性能,并对机械自适应管道机器人的机械结构进行了设计与研究.同时,对管道机器人进行了三维建模及运动仿真分析,验证了应用三轴差动轮系的管道机器人具有较强的弯管适应能力及管内运动的稳定性.该机器人具有适应能力强、结构紧凑、驱动效率高、工作可靠及成本低的特点.

具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人。通过对机器人传动机构的设计,实现了在不增加驱动电动机数量的前提下,机器人具有适应不同管道直径的能力。机器人的传动机构能够在管道直径改变时,自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍,完成越障任务。在没有应用链式多节构型的情况下,机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务,改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题,同时也提高了对驱动电动机的使用效率。为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象,对机器人进行运动分析,并由分析结果对相关部分进行改进。试验结果表明,该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进,并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍,验证了自适应移动机构的行走能力。

具有差动运动功能的管道机器人设计与分析

研制一种具有差动运动功能的环境自适应轮式管道机器人——三轴差动式管道机器人,该机器人在通过弯管时可根据管道环境利用三轴差动机构自动调节各驱动轮的转速,从而提高机器人通过弯管时的运动柔顺性。为分析三轴差动式管道机器人的运行状况,通过建立机器人在弯管内运行的精确位姿模型,求得机器人驱动轮轮心以及驱动轮与管壁接触点的位置;以位姿模型为基础对机器人各驱动轮的速度进行分析,得到机器人过弯管时各驱动轮的理论速比关系。对机器人驱动轮与管壁的正压力进行分析,并建立机器人的牵引力模型。搭建管道试验环境进行机器人的差速试验和牵引力试验,测试值与理论分析基本一致,说明三轴差动式管道机器人具有良好的弯管通过性能,适合于在工程管道中应用。

三轴差动式管道机器人机械自适应驱动技术

为解决管道内轮式移动机器人通过弯管时的运动干涉问题,减小因滑动摩擦而引起的磨损,提高该类机器人的使用寿命,提出一种具有管道自适应能力的轮式管道机器人驱动技术——三轴差动驱动技术。通过对三轴差动式管道机器人过弯管时内部传动系统的运动关系和力矩传递关系的理论分析及内部功率流向的深入研究,建立三轴差速轮系的力矩传递关系的数学模型,推导传递效率的理论计算公式,并证明该驱动技术驱动效率高,功率体积比大。

管道机器人适应不同管径的三种调节机构的比较

为了使管道机器人能够适应管径为400～650mm的管道,介绍了3种适应不同管径的常用调节机构。分析了每种调节机构的力学特性,给出了计算结果,比较研究了各种调节机构的优缺点。针对工程需要,选用了滚珠丝杠螺母副调节机构,滚珠丝杠上的筒式压力传感器保证驱动轮和管道内壁间的压力始终处于稳定的范围,使管道机器人具有充裕并且稳定的牵引力,牵引力的实验表明该调节机构具有1404N的牵引力输出。该调节机构能很好地适应管径为400～650mm的管道。