城镇聚乙烯燃气管道内检测机器人技术研究进展

国内城镇聚乙烯燃气管道主要采用埋地安装方式。在长期使用过程中,为及时发现管道老化、内部缺陷问题,需要使用管道机器人进行全面检测。文中按照机器人的运动类型分类介绍了国内外管道机器人的研究进展;介绍了聚乙烯管道的特性以及现有聚乙烯管道检测技术的发展现状;研究了目前城镇聚乙烯管道检测存在的主要问题,最后提出实现机器人与多种检测技术联合使用将对未来城镇聚乙烯燃气管道内检测的发展有重要意义。

水下油气管道外检测机器人设计及其动力学分析

油气管道由于腐蚀、外力等原因会造成管壁变薄,发生穿孔、泄漏和开裂等事故。管道投入运行时间和管道长度不断增加,以及工作环境日趋恶劣,加大了水下油气管道的检测难度。基于SolidWorks软件设计了一款用于检测水下油气管道腐蚀缺陷的机器人,包括管道直行机构和旋转小车,并对关键零部件及控制系统进行了分析设计;通过ANSYSFLUENT软件模拟不同水流速度、不同移动速度下机器人壁面受力情况,分析水流速度、移动速度对机器人前端壁面受力的影响规律,发现:随着水流速度与移动速度不断增大,机器人前端壁面受力不断增大,但当移动速度增大到0.4m/s时,变化不再明显;计算得到最大阻力为170.77N,所选用推进器最大推力为110.74N,因此采用双推进器驱动能够支撑机器人前移,满足设计要求。

一种矿用管道检测机器人设计及牵引性能分析

针对瓦斯抽采管道破损泄漏检测问题,设计了一种具有管道检测和运动控制功能的螺旋式矿用管道检测机器人,介绍了该机器人的结构和检测与控制系统方案。建立了机器人在管道中运行的力学分析模型,并通过动力学仿真研究了影响机器人牵引性能的因素,结果表明:机器人在管道内运行时的牵引力与管道材质、螺旋角、管壁与驱动轮之间法向力有关;机器人在不同材质的管道中运行时最佳螺旋角不同,在相同材质的管道中运行时,无介质运输情况下牵引力高于有介质运输情况;机器人牵引力随法向力的增大而增大,但最佳螺旋角无明显变化;随着螺旋角增大,牵引力先增大后减小,螺旋角为40°时牵引力最大。为提高机器人通过弯管时的性能,提出一种变螺旋角过弯策略,即机器人主动控制螺旋角随螺旋运动单元转动以正弦式规律变化,使管道内侧的螺旋角小于外侧。搭建机器人测试平台对矿用管道检测机器人进行测试,结果表明:机器人在直管中运行的最佳螺旋角为40°;可通过增加法向力来提升机器人的牵引性能;采用变螺旋角过弯策略时,机器人在弯管中的通过性能和平稳性优于定螺旋角过弯。

基于MIMU/里程计融合的管道内检测机器人定位算法

针对管道内检测机器人在管道内自主定位的问题,提出了一种基于MIMU/里程计融合的管道内检测机器人定位算法。将捷联惯性导航系统(Stradown Inertial Navigation System,SINS)的姿态误差、速度误差和位置误差以及陀螺仪零偏和加速度计零偏作为误差状态向量,构造误差状态模型;将SINS解算的距离增量与里程计模块计算的距离增量之差和SINS解算的载体坐标系下x轴与z轴的速度信息作为误差观测量,并通过对里程计因打滑、空转等导致的错误信息进行分析与处理,构造误差观测模型。通过扩展卡尔曼滤波(Ectended Kalman Filter,EKF)对SINS解算的姿态、速度和位置进行误差补偿,绘制管道内检测机器人的轨迹图。管道内检测机器人通过111 m长的燃气管道,定位精度达到了0.99%,满足管道内检测机器人自主定位的要求。

∅610管道检测机器人速度控制装置研究

针对目前常规管道检测机器人在大流速天然气管道内由于运行速度过快而导致无法应用的问题,提出利用速度控制装置对管道机器人进行主动调速。设计∅610管道机器人速度控制装置,并对其开展了静态试验、动态试验和工业试验研究。静态试验压力可到10 MPa,有效检验了速度控制装置泄流阀在高压运转情况下的密封性及动作准确性。动态试验结果表明:∅610速度控制装置泄流阀开启量在1/2区间对速度控制装置产生的压差影响最为明显,当泄流阀开启量超过2/3区间对速度控制装置产生的压差影响很小。工业试验针对带固定泄流孔的管道机器人启动力问题,测试了泄流阀开启固定泄流面积时的启动力,建立了泄流状态下机器人启动压差方程,并测试了速度控制装置的实际降速能力,为大口径、大流速工况下管道检测机器人的调速技术提供了理论和试验基础。

面向管道检测的连续体机器人主从控制研究

针对遥操作技术在连续体机器人应用中存在可移动性差、环境适应能力低与价格高昂等问题,提出一种连续体机器人主从控制方案。在常曲率圆弧假设下基于几何分析法建立连续体机器人的运动学模型,并在MATLAB软件中采用蒙特卡罗法对其工作空间进行仿真分析;建立主手关节空间与从手关节空间之间的映射模型,并提出一种基于主从映射模型的连续体机器人控制方法;最后搭建连续体机器人样机平台,分别通过运动控制实验、主从跟随实验和模拟管道通过实验对建立的运动学模型和主从控制方法进行验证。实验结果表明:连续体机器人具有较好的轨迹控制性能,验证了主从控制方法的有效性和准确性,满足了连续体机器人在管道内检测过弯的控制需求。

供热管道内检测机器人发展现状及关键技术

随着运行年限的增加,供热管道将不可避免地出现裂纹、腐蚀、管壁减薄等缺陷。对管道内检测机器人的发展现状进行了调研,根据行走方式将其分为7类,并对各类机器人的优缺点、适用性进行系统归纳。针对供热管道的特点,研究了内检测机器人在供热管道中应用需具备的性能和能力,包括耐高温性能、越障能力、管径适应能力、过弯能力和能源供给能力,以保障机器人稳定、可靠地在管内行走。研究成果可为供热管道内检测机器人的研发及应用提供思路和方向,有助于管道内检测机器人尽早在供热管道中推广应用。

小口径管道内检测机器人国外研究进展

小口径管道在油田集输和注入系统大量应用,通过定期有效进行埋地管道内检测,并及时发现管道内部缺陷和潜在风险,对安全生产运行具有重要意义。结合适用于小口径管道的不同类型内检测机器人最新研究进展,综合对比分析各种类型机器人结构特点及在不同管道内适用情况,并指出其结构性能的优势与不足,为进一步研究适用于油田小口径管道高效、稳定的内检测机器人提供参考。

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。

基于AI的管道检测机器人智能决策与导航系统研究

随着科技的迅猛发展,基于人工智能(AI)的管道检测机器人在工业和生产领域的应用日益广泛。本文探讨了AI管道检测机器人的重要性并深入研究了其在智能决策与导航系统中的应用。主要包括路径规划与导航、异常检测与故障诊断、维护计划优化、环境监测与安全决策以及任务优先级管理等方面,进一步分析了AI管道检测机器人在导航系统中的实时路径规划、障碍物回避、自主定位与地图更新、动态环境适应性以及能耗优化等具体应用。本文旨在为相关领域的研究和应用提供深入的理论支持和实际指导。

管道机器人超声测量轮廓重建方法的研究

针对大型管道内生物附着物状态的高精度测量需求,提出一种利用齐次变换的轮廓重建方法,通过坐标变换使偏移轮廓的坐标校正回准确轮廓的坐标,消除运动位置偏差引起的轮廓测量误差。通过建立管道超声测量实验装置进行实验验证,得到偏移重建后产生的绝对误差为9 mm、相对误差为2.36%,偏转重建后产生的绝对误差为6 mm、相对误差为1.6%,误差落在超声检测系统的厘米级分辨率之内。后续可以通过提高超声检测系统的分辨率提高轮廓检测精度。该方法可以应用于水下管道轮廓检测以及水下机器人基于轮廓的自动定心探测。

机器人焊接技术在管道焊接中的应用现状

为介绍管道焊接中机器人焊接技术的应用情况,按照技术出现的顺序对油气管道焊接技术进行概括,分析了不同自动化焊接设备的工作原理,同时对工程中常用的设备进行了举例。文中介绍了管道铺设工程中相关的管道焊接检测技术以及管道接头腐蚀防护技术,最后介绍了焊接机器人的发展趋势,包括基于运动仿真的越障焊接、扩大应用场景与功能、引入新的传感器与原理。

一种流体驱动式管道检测机器人的结构设计与优化

为解决某一小口径服役中的长输管道漏点的定位问题,设计了一款以柔性材料制作塑封层的流体驱动式管道检测机器人。通过流压及管道内径变化判断并定位漏点,分析了推动机器人所需的压差与检测速度的关系,以最小压差为条件,提出一种基于确定流体密度的流体驱动式管道检测机器人结构设计。分析了管道对机器人的挤压力为除流体本身外的最大压差来源,对摩擦因数进行了测定,并通过仿真实验得到了机器人受到的压力。以此为条件,基于响应面法对机器人进行优化设计。在经过优化设计后,机器人在管道中受到的最大挤压力与机器人前后压差均减小了98.42%,平均速度提升了7.1%。实验结果表明:机器人在此长输管道中可完全实现悬浮态的平衡,从而最大程度地降低摩擦的影响,提高检测速度,缩短检测所需时间。使用双层锥角支撑设计塑封层的外部结构,可以使机器人在较小压差作用下前进,并对管道中的漏点进行检测。

一种管道蛇形机器人的裂缝视频检测系统

为实现蛇形机器人在管道内部快速准确的识别管道内壁裂缝,基于一种改进YOLOv3算法为管道蛇形机器人设计了快速检测管道裂缝的系统。该系统搭载了500万像素相机以及用于辅助标定的两个激光发生器,通过摄像机采集管道内部视频信息,使用改进YOLOv3算法对视频进行检测,若识别出裂缝则输出当前图像。之后结合激光标定和边缘检测算法得到当前裂缝的几何信息。改进YOLOv3算法使用K-means++算法对裂缝数据集进行聚类,得到最佳先验框,并使用距离交并比代替传统的交并比作为损失函数,以提高识别精度和速度。实验表明,改进YOLOv3算法平均精度为87.23%,与原始YOLOv3算法相比提高了5.88%;同时基于激光标定算法的图像处理得到的裂缝几何信息与实际尺寸误差在5%以内,可以用于实际工程。

锅炉热交换器承压管管外检测机器人末端执行器的研究

介绍了一种适用于火电站锅炉承压管管道外检测机器人的新型柔性臂及其定位机构 ,该柔性臂占用体积小 ,工作空间大 ,能够深入到管道组细长缝隙内检测 ,它的最大特点是能够进行刚柔转化 ,详细叙述了其转换原理 ,建立了柔性臂各关节的力学模型 ;定位机构提高了柔性臂的稳定性 ,为安装各种检测设备提供了一个可靠的操作平台 ,对该机构的可行性、工作原理和避障能力进行了分析 。

一种主动变径管道检测机器人的设计与样机验证

为提高工作效率并节省人力物力,机器人被广泛应用于管道检测任务。本研究基于管道检测机器人需要躲避障碍物和适应不同管径的需求,设计了一种新型空间二自由度支链结构,并建立了支链末端中点的运动学模型。通过协同控制3条支链,可重构管道检测机器人的机械结构,从而可实现适应不同内径的管道和通过存在障碍物管道的功能。同时,本研究建立了机器人弯管转向的轨迹模型并求出了机器人弯管转向的运动规律。最后研究了管道检测机器人的避障方式并分析了机器人的避障能力。还使用ADAMS软件对避障运动进行了仿真,并基于仿真结果比较了两种避障方式。仿真结果表明:这两种避障方式都可实现避障的功能,但在避障过程中机器人的稳定性稍有不同。本研究使用3D打印技术制备了管道检测机器人样机,并对该样机的弯管转向功能、避障能力和在竖直管道中攀爬的功能进行了实验验证。实验结果表明:该机器人具备一定的避障功能,还能够成功地通过弯管并且能够攀爬竖直的管道。

双电机驱动的管道检测机器人空间定位

本文目的是研究双电机驱动的机器人在管道里的空间定位。针对此,构建了双电机驱动机器人运动模型,并采用了PID算法控制机器人实现差速转向和直线运动。进而结合编码器与陀螺仪采集的数据,进行位移计算和位置坐标推导。最后,进行机器人管道定位试验,取真实轨迹位置坐标与算法计算位置坐标各30组,通过Origin软件仿真其运动轨迹,并进行误差分析。结果显示两种轨迹基本重叠,平均误差小于3.5%,表明该定位算法可应用于双驱机器人开展管道检测时的空间定位计算。

狭窄空间管道外壁检测机器人结构设计

为实现替代人工方法检测过热器管道外壁的目的,本文基于对爬管爬壁机器人的结构原理的分析,考虑到过热器管道空间狭窄形状复杂,设计了一种环抱式管道检测机器人。本文阐述了狭窄空间管道外壁检测机器人工作原理,设计了机器人的机械结构,分析了机器人手臂和手指的夹持力,分析了机器人的爬管升降力,并利用有限元仿真分析对其进行验证。研究结果表明:该结构设计合理,满足所需运行条件要求。

利用水下机器人开展海底油气管道阴极保护检测

海底油气管道多采用大口径钢制管道,该种管道由于长时间浸没于海水中难免会受海水的腐蚀,而长时间的腐蚀会导致管道防腐层及本体逐级变薄或脱落或者泄露,目前国内外多采用在管道接触面铺设牺牲阳极块来实现阴极保护来进行延寿。为快速评价阴极保护效果同时合理评价铺设效果,通常使用水下无人机器人,进行牺牲阳极块的相关测量工作,该工作可大幅度减少人工作业时长,提高施工效率,减少人员在水下潜水作业的风险,降低总工程成本,保障了管道铺设的整体安全性与实效性。

核电站热交换器传热管外部检测机器人的研制

针对核电站热交换器人工检修作业异常困难的现状,提出了利用机器人进行传热管外部自动化检测的方案.采用模块化设计方法设计了由纵向移动模块、旋转模块、定位模块、伸缩模块、小车模块、底座和3个驱动器等部分组成的机器人本体.小车搭载微型摄像头,可在传热管束的横向间隙中移动,对相关区域进行视频检查.提出了3-CSR并联机构形式,设计了形状记忆合金弹簧驱动的微型3-CSR并联机构来调整摄像头位姿,研制了机器人的控制系统,采用模糊控制理论设计了纵向移动模块的升降速曲线,提出了一种灰色评价方法对检测结果进行评估.制作了机器人样机系统进行试验,结果表明,机器人性能满足设计要求,可提高检查质量与效率.