一种新型管道检测机器人系统

摘要：研制了适用于管径为400～650mm的煤气管道内缺陷自动探测系统．该系统由采用远程网络控制技术的管道机器人移动机构、无损检测传感器和地面工作站等组成．综述了管道检测机器人的系统总体设计、关键技术和性能实验．实验结果表明,所研制的管道检测机器人系统在管道中运行平稳,具有稳定的牵引力,其值可达1．404kN,适用于400-650mm管径的油气管道检测．     

管道机器人驱动与控制检测系统设计

管道机器人可应用于管道内穿缆、检测等工作,属于特种作业机器人,在国内尚无相关产品投入使用,而国外产品的检测设备、技术价格又相当昂贵。由于国内经济建设的需要,设计一种实用而又廉价的检测机器人显得尤重要。检测技术采用流体运动的推动叶轮转动,根据叶轮带动的电机的电压确定流体速度,进而确定管道流量;并且管道机器人受到能源供给的限制,采用流体运动的推动叶轮转动,从而产生电能,供给机器人自用。     

在役石油管道检测机器人机械设计

在役石油输油管道反蚀后,管壁变薄,甚至产生裂缝,造成漏油、如何检测管道缺陷已成为一个重要的研究课题,现提出了检测机器人总体设计方案,叙述了主要零部件的设计,了计算结果,重点说明了电动机的选择、探头盘的设计、滑环的研制、高压密封件与万向节的设计与制造等。机械部分的试制成功为整台检测机器人的研制打下了坚实的基础。     

一种多方式检测的管道机器人设计及仿真

为提高检测和维修管道效率、降低人工作业危险性,基于管道检测的复杂情况,设计了一种可适应200～300 mm内径管道检测的管道机器人,在其驱动轮中设置了防倒退机构,并设置了转向机构引导其转向;针对单一检测的检测结果不准确的问题,在检测机构中设置了摄像头采集图像检测、激光检测、电磁超声检测3种检测方式共同对管道进行缺陷检测;对管道机器人进行受力分析,并对关键部件进行有限元仿真分析,验证了关键部件结构的可靠性。在SolidWorks软件环境下对管道机器人进行运动仿真,分析管道机器人在内径为300 mm的管道中实现转向功能的可行性及结构的可靠性,结果表明,在临界压力下管道机器人的部件强度足够,能在内径为300 mm的管道中实现转向功能且运行平稳。     

管道巡检机器人目标识别与定位检测技术

针对目前管道巡检机器人对管道内部目标淤积物识别精度低的问题,设计了一个基于新的学习率更新策略的改进YOLO模型,该模型采用深度学习卷积网络来进行目标物图像学习训练;针对定位不准确的问题,设计了一个测距定位模型,实现了对目标物测距的精准定位.对新学习率更新策略下的YOLO模型、常数衰减学习率更新策略下的YOLO模型、指数衰减学习率更新策略下的YOLO模型及使用传统梯度下降法的YOLO模型等进行了对比训练测试,结果表明,基于新学习率更新策略下的YOLO模型的目标物检测准确率达到96.1%,测距定位模型的定位误差小于2 cm.     

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．     

油气管道机器人研究进展

随着中国在役油气管道数量的增加、时间的增长,管道腐蚀、老化、几何变形等缺陷逐步显现而出。由于人工检测受空间复杂、管径窄小等因素限制,应用管道机器人进行检测等作业已成为国内外研究的主流趋势。针对油气管道长时间服役后存在的失效风险,掌握油气管道机器人的最新研究趋势,有助于制定前沿性的发展目标并减少研究重复的可能性。对近年来在役油气管道机器人的研究现状进行详细阐述,根据运动结构、工作环境将管道机器人分为管道内(被动式、主动式)、管道外机器人两大类,通过详细举例各类型管道机器人,对比分析各运动结构的综合性能,提出现场适用性需要考虑的关键点,研究管道机器人的未来发展方向,提出管道机器人实现多参数融合,将对未来油气管道的安全服役有重要意义。     

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。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。此系统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物理信息。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交并比作为损失函数,以提高精度和速度。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物理信息与实际信息误差在5%以内,可以用于实际工程。     

履带式管道机器人的自适应模糊控制

介绍了自适应履带式管道机器人的基本运动机构，分析了其在管内的运动状态，研究了对机器人在直管与大曲率半径弯管内移动时的运动模糊控制方式。根据大量的实验结果分析改变管道机器人运动环境，如不同管道直径、不同管道弯曲半径等，对机器人运动状态的影响。运用相关原理研制了具有一定管内运动环境自适应能力的履带式管道机器人模型样机及其运动控制系统。     

Research on a New-style Pipeline Inspection Robot System

IntroductionRecently pipe is used widely on the industry,agriculture and daily life. Natural gas and oil supplybecomes one of the fundamental public services and itsimpact on the urban infrastructure is getting larger. Theurban oil/gas pipelines, as they are buried under theground, are prone to external corrosion usually derived bymoisture and chemical agent in soil, which causes materiallosses of the pipe wall. Also, cracks in the welded regionand the da…     

煤气管道机器人管径适应调整机构分析

提出了一种基于平行四边形轮腿机构、采用丝杠螺母调节方式的煤气管道检测机器人管径适应调整机构,介绍了该机构的工作原理;围绕机器人牵引能力的改善,对其工作过程中相关力学特性建立了数学模型,并进行了实验测试和验证,结果表明理论分析是正确的.该管径适应调整机构具有结构简单、管径适应范围大的特点.     

基于分形理论的煤气管道机器人视频系统

结合煤气管道机器人的实际情况和管道成像的分形自相似特性,提出了基于分形理论的煤气管道机器人视频系统．该编解码系统非常简单,不需要进行复杂的计算;而且编解码是在两幅图像之间进行处理,不需要进行图像组的运算,所需内存很少;由于最大限度地利用了相邻两幅图像的相关形,因此在无损的情况下得到的压缩比高出普通的无损压缩2～3倍,在视频流传输中,低比特流(128bit／s)时,其PSNR也达到35dB左右,实验表明,该系统具有快速、高PSNR的特点,可以应用于实际的工业场合。     

Key Techniques of the X-ray Inspection Real-time Imaging Pipeline Robot

This paper presents a robotic system for weld-joint inspection of the big-caliber pipeline, which is developed for the purpose of being utilized as automation platform for X-my real-time imaging inspection technique (RTIIT). The robot can perform autonomous seeking and locating of weld-seam position in-pipe, and under the control of synchro-foUow control technique it can accomplish the technologic task of weld inspection. The robotic system is equipped with a small focal spot and directional beam X-my tube,so the higher definition image of weld-seam can be obtained. Several key techniques about the robotic system developed are also explained in detail. Its construction is outlined.     

用于肠道检查的微小型蠕动机器人

基于蚯蚓运动原理研制了一种用于肠道检查的新型微小机器人,它采用步进电机作为驱动源,驱动力大,易于控制．介绍了该机器人的机体构造和运动原理,建立了力学模型并作了相应分析,详细阐述了系统的控制组成和软件设计,讨论了在不同材质、不同倾角管道内的驱动性能试验．结果表明：该微小型机器人运行可靠、平稳,有一定的爬坡能力．该研究为肠道检查机器人系统的实际应用奠定了基础．     

应用于锅炉检测机器人的一种新型复合车轮

为了使检测机器人能够在具有螺旋型鳍片的锅炉热交换器承压管道表面上行走,设计了一种新型的复合车轮.该复合车轮由2个链轮和多个鼓形小轮复合组成,能实现平行于管道方向和垂直于管道方向的移动.同时,对鼓形小轮的共轭轮廓曲线及其圆弧轮廓曲线进行了讨论,并对圆弧轮廓曲线的误差进行了分析.结果表明,采用圆弧轮廓的鼓形小轮可以满足检测要求.     

新型三臂巡线机器人机构设计及运动分析

为了增强机器人的越障能力,简化机械结构,减小越障时的电机负荷,设计了一种新型结构的三臂巡线机器人.该机器人采用双平行四边形桁架构型实现三臂的位姿调整运动,机构重心可调以减小桁架控制电机的负荷,各臂末端设置夹线轮以增强机器人跨越引流线障碍的能力.巡线机器人调整形态越障时,因机构重心偏移会引起机器人整体绕线缆偏转,属于基座浮动式机器人.根据机器人重力平衡条件构造优化目标函数,以基座浮动角度作为搜索变量,将基座浮动式机器人的运动分析问题转化为一维优化问题进行求解,仿真实验验证了算法的有效性.原型样机在实验室环境下完成了线上行走和越障实验,验证了机构的可行性.     

突发灾害下的输电铁塔应急安全检测机器人的结构设计

针对突发灾害下输电铁塔的损坏情况和目前对输电铁塔进行安全检测的需求,设计了一种突发灾害下的输电铁塔应急安全检测机器人,该机器人由行走越障装置和检测装置两部分组成.主要介绍了机器人的整体机构设计和各个机构的工作原理,并分析了机器人的运动过程.该机器人可以在输电铁塔上自主上下攀爬,遇到障碍物时可自主翻越,检测设备可以对输电铁塔的角钢进行安全检测.通过Pro/E仿真模拟和慧鱼模型制作试验,证实该机器人具有良好的工作性能.