由于管道机器人的实用性很强,其设计又存在很多难题,各国学者对管道机器人的研究都很积极,取得了很多的成果,做成了形状、功能各异的机器人[7]。目前,我国从事管道机器人的研究尚处于起步阶段,也取得了一些成果。其中哈尔滨工业大学邓宗全副教授自1987年来,开展管内机器人行走机构的研究,1989年在国家自然科学基金的资助下, 较全面地研究了不同类型的管道机器人行走机构模型[8]。1992年,在“八优尔三”计划“注水管路用管内移动机器人”项目资助下,于1994年研制成功直进轮式全主动管内移动机器人[9][10]。该移动机器人运行平稳,具有高可靠性和实用性的特点。9987
1995年5月又获863-512主题资助“管内移动机器人产业化开发”课题,现已完成任务。由邓宗全老师主持与大庆油建公司合作研制成功的 660野外大口径管线对接焊缝工业X射线检测系统,于1996年1月通过了黑龙江省科委主持的鉴定,在陕京管线上进行了工业应用,获得了成功,标志着我国管道机器人技术走向了实用阶段。该机器人管内移动距离300米,在技术上解决了收放线的控制问题和长距离强弱信号混传干扰问题,该项目达到国际先进水平[11]。上海大学研制了“细小工业管道机器人移动探测器集成系统”,其主要包含20mm内径的垂直排列工业管道中的机器人机构和控制技术(包括螺旋轮移动机构、行星轮移动机构和压电片驱动移动机构等)、机器人管内位置检测、涡流检测和视频检测应用技术,在此基础上构成管内自动探测机器人系统。该系统可实现20mm管道内裂纹和缺陷的移动探测[12][13]。上海交通大学研制出一种呈正方形体,由12个蠕动元件组成的管内蠕动机器人[14],外形尺寸为35mm 35mm 35mm, 体重19.5g (包括控制电路),步行速度为15mm /min,共有12个自由度,由SMA(形状记忆合金)与偏置弹簧组成一个驱动源,共12个驱动源。能实现管内上、下,左、右,前、后的全方位运动,能通过直管、曲率半径较大的弯管,以及L型、T 型管[15]。
国外关于管道机器人的研究始于20世纪40年代,由于70年代的微电子技术、计算机技术、自动化技术的发展,管道检测机器人技术于90年代初得到了迅猛发展并接近于应用水平[16]。一般认为,法国的J.VERTUT 较早从事管道机器人理论和样机的研究,1978年他提出了轮腿式管内行走机构模型IPRIV,该机构虽然简单,却揭示了管道行走所必需的两个功能:支撑吸附和驱动行走,起了抛砖引玉的作用[17]。日本机器人的发展经过了60年代的摇篮期,70年代的实用期,到80年代进入普及提高期,开始在各个领域内广泛推广使用机器人。日本管道机器人众多,东京工业大学航空机械系Shigeo Hirose和Hidetaka Ohno等于1993年开始研究管道机器人,先后研制成功适用于 50mm管道的Thes-Ⅰ、Thes-Ⅱ型管道机器人和适用于 150mm管道的Thes-Ⅲ 型管道机器 人。美国是机器人的诞生地,是世界上的机器人强国之一,美国Inuktun公司系列管道检测机器人Versatrax是国外现有的已成型管道机器人[18]。美国纽约煤气集团公司( NYGAS) 的DaphneD’Zurko 和卡内基梅隆大学机器人技术学院的HagenSchempf博士在美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的资助下于2001年开发了长距离、无缆方式的管道机器人系统——EXLORER,专门用于检测地下煤气管道的情况,该机器人自带电池并且可以反复充电;带有彩色嵌入式“鱼眼”镜头,可以准确地反映管道内部的状况条件;可顺利通过90°的弯管接头和垂直管道。德国学者Bernhard Klaassen、Hermann Streich和Frank Kirchner等人在德国教育部的资助下于2000年研制成功了多关节蠕虫式管道机器人系统——MAKRO。该机器人由优尔节单元组成,其头部和尾部两个单元体完全相同,每个单元之间的节点由3个电动机驱动,使得MAKRO可以抬起或者弯曲机器人个体,从而可以轻松越过障碍物或实现拐弯运动,该管道机器人系统MAKRO具有21个自由度,长度为2m,质量为50kg,采用无缆控制方式,MAKRO系统使用于直径为 300 600mm的管道。加拿大NUKTUN公司的双履带式管内机器人行走机构,履带采用刚性支承结构,两履带的夹角可以调节,以适应不同的作业管径。两履带调节到平行位置时,可以在平地或矩形管道内行走。但这种刚性支承的双履带式管内机器人行走机构的两履带夹角在行走过程中是无法改变的,因此不适应管径变化的作业场合
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