国内外管道机器人研发现状综述

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国内外管道机器人研发动态船舶管道机器人的研究，涉及的面很广。不仅需要新概念，新理论而且还须新材料，新工艺。它是真正机、电、光、磁等一体化在造船业上的重大应用，为许多领域的应用研究开拓了道路，是当前世界上有极好前景的科技领域之一。70年代电子技术、计算机技术、自动化技术的发展和进步，国外的管道机器人技术于90年代初得到了迅猛发展并接近于应用水平。进入21世纪之后各造船业大国已经在广泛应用船舶管道机器人于船舶的检测维修保养和制造之中。虽然我国机器人技术的开发研究工作起步不久，但从“七五”发展计划起，国家已将其列为科技发展的重点项目之一。随着我国船舶制造产量的逐年增长和向着世界第一造船大国的迈进，可以肯定，我国船舶工业在建造过程中的机器人技术会像现在的CAD/CAM技术、自动化和等离子切割技术一样具有更大的而广泛的应用。49479

1.2.1日本船舶工业机器人的应用情况

日本在20世纪70年代扒掀起了机器人研发制造的高潮，其船舶工业也卷入其中，引入了PABOT（板材装配机器人）、CLMAXS（在船体上能够爬行的机器人）、以及切割、搬运、焊接、涂装、缝跟踪和其他功能的机器人。但在投入使用时发现事与愿违。由于当时生产的机器人性能差，可靠性和精度低，运行速度也不及人类的速度，使用结构往往并不能够提高生产效率，而且价格相当昂贵，所以就很快的进入了低潮，失败的经验使日本机器人的研制者及制造厂深刻地认识到产业界必须联合起来，有组织、有步骤、有计划的进行研究。于是，逐步建立了从基础元件到辅机在内的日本机器人工业生产体系，开发了各种作业型机器人，入弧焊、点焊、喷漆、等机器人，并逐步实现了系类话、标准化、专业化分工，使精度、可靠性进一步提高，20世界80年代到现在，造船用机器人在日本有较大的发展。NC切割机器人，从火焰到等离子，并向激光切割发展，已经成为船厂的基本技术。装配焊接机器人，从窗体零部件制造到平面分段的纵向构建的装焊、外场焊接、坞内船底仰焊，现正致力于三向曲板的单面焊和纵横构建装焊到曲形外板上的应用研究。目标是实现船体建造的全面自动化生产。采用线加热机器人自动加工复杂曲面的船壳板的热塑性分析（Themo-plastic）理论，已能求得钢板目标曲度所必须的加热过程指令。线加热的自动钢板弯曲成形机的开发是造船技术的又一巨大进步。由于双壳船体结构的大量使用，使涂装环境恶化，因此，涂装机器人正在研制中。日本专家认为，随着机器人的广发使用，船厂将成为没有灰尘、没有危险和没有疲劳的真正的现代化工厂。

在船用管道机器人方面，日本专家于1993年开始研究管道型机器人，先后研制成功适用于直径在50毫米的管道的thes一型、二型管道机器人和适用于直径在150毫米的管道中的thes三型机器人。日本横滨国立大学则在2000年研制成功用于检测船舶污水排放的管道机器人，该管道机器人系统的规格则为长620毫米、宽166毫米、高158毫米，其重量为24千克左右。

Osaka煤气公司生产的油气轮管道机器人系统

图1-1 Osaka煤气公司生产的油气轮管道机器人系统

船用管道机器人系统的组成

thes型机器人

1.2.2 美国船舶工业机器人应用情况

1954年，美国研制成世界上第一台可编程序的机器人，具有记忆功能，能实现示教再现编程方式。1960年联合控制公司生产了第一批商用工业机器人，称为NU MATE。不久，美国机床制造公司设计出另一种可编程的工业机器人，称为V ERSA TRAN。20世纪60年代末，机器人和人工智能的研究达到一个高潮，进入70年代之后，美国由于经济萧条，以及早期机器人本身性能差、售价高和适用范围窄等因素，故在1978前机器人的发展较为缓慢。但是在20年代70年代末，80年代初，美国重新评价了机器人的作用，军方对军用机器人的发展给予了特别的关注。在造船行业中，在1983年7月提供给MTS系统公司1100万美元进行“激光连续式机器人”（LARS）的研制。它是由机器人操纵25KW的激光束来制造军舰的零部件。调整激光束的功率可以完成一系列的工作，如焊接、切割、钻孔、机加工、线状加热弯曲、涂装、号料等。LARS焊缝跟踪系统能偶跟踪任何不规则的形状的焊缝，并且在钢板上的焊接速度高达每分钟5.08米、激光焊接的最明显的优点是热影响区小、变形小、因此大大减少了焊接后的矫正工作量。