10论文正文 管道履带式机器人.doc

前言油气管道输送是与铁路、公路、水运、航运并列的五大运输行业之一长输油气管道作为一种特殊设备广泛应用于石油、石化、化工等工业领域以及城市燃气系统中在国民经济中占有重要地位。随着“开发大西部”以及“西气东输”的战略指导方针长输油气管道的数量在不断增加。由于历史原因国内在役长输油气管道中部分管材制管质量较差加上施工建设过程中存在部分焊接缺陷和涂层缺陷这给管道的安全运行埋下隐患即使部分投产验收合格的管道在运行过程中也难免受到介质、温度、疲劳、腐蚀、局部载荷等因素影响服役一段时间后产生缺陷或导致缺陷扩展并可能最终发生失效给人民生命财产、工业生产和社会稳定构成威胁。如何检测发现管道缺陷事前对含缺陷管道进行评价和预测(含缺陷管道的剩余强度评价含缺陷管道的剩余寿命预测)确保在役油气长输管道安全可靠运行是目前世界各国普遍关注和迫切需要解决的重大课题。由于在前面所述的一般工业、石油天然气、军事装备等领域中管道作为一种有效的物料输送手段而广泛应用。为提高管道的寿命、防止泄漏等事故的发生就必须对管道进行有效的检测维护等。而目前管道检测和维护多采用管道机器人来进行。所谓管道机器人就是一种可沿管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器件如位置和姿态传感器、超声传感器、涡流传感器等以及操作机械如管道裂纹与管道接口焊接装置、防腐喷涂装置、操作手、喷枪、刷子等。在工作人员的遥控操纵或计算机控制下可在极其恶劣的环境中．能够完成一系列管道检测维修作业的机电一体化系统。管道机器人可完成的管道作业有：生产、施工过程中的管道内外质量检测；管道内部清扫、抛光、焊接、喷涂等维护；对接焊缝的探伤、补口作业；旧管道腐蚀程度、破损情况检测和泄漏预报等等。基于目前管道探伤机器人的研究现状本课题主要研究目的是通过对管道X射线无损检测探伤机器人设计及相关技术的查阅和应用能够研制一台具有良好的弯道通过能力、视觉定位能力并能适应较长距离检测作业的实用样机。1绪论管道机器人在人类社会中已经迅速的漫延开来这一切都应归公于它自身的特点。因此国内外都在不断的开发和研制更适合管内行走的管道机器人并开始走向微型化、智能化使之性能更宜人化可控性更好准确性更高。但是管道机器人由于受到它工作环境的限制和沉重的任务负担致使它也不断面临着更多更严重的困难和问题。如何解决？已经成为现代人的责任和发展方向。1.1管道机器人发展概况1.1.1国外管道机器人研究进展国外关于燃气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。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该机构虽然简单但起了抛砖引玉的作用。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ShigeoHirose和HidetakaOhno等于1993年开始研究管道机器人先后研制成功适用于直径50mm管道的Thes-Ⅰ、Thes-Ⅱ型管道机器人和适用于直径150mm管道的Thes-Ⅲ型管道机器人。Thes-Ⅰ型管道机器人的主要特点是轮子的倾斜角可以随着阻力大小的改变而改变当机器人的负载较大时轮子的倾斜角将产生变化从而减小行走速度增加推进力。Thes-Ⅱ型管道机器人的总长为300mm质量只有3l0g。Thes-Ⅱ型管道机器人的每一节机器人单元的左右两侧分别布置着由弹簧板支撑的一对轮子轮子由带减速齿轮箱的电动机驱动从而实现机器人在管道中的前进和后退运动Thes-Ⅱ型管道机器人可以很容易地在带有几个弯管接头的管道中运动。Thes-Ⅲ型管道机器人如图1-1所示其采用“电机一蜗轮蜗杆一驱动轮”的驱动方案同时每个驱动轮都有一个倾斜角度测量轮通过测量轮探测机器人的倾斜角度并反馈给电机从而保证管道机器人的驱动轮以垂直的姿态运动。该管道机器人系统通过CCD摄像头实现信息的采集整个系统采用拖缆控制方式检测距离超过100m。图1-1Thes-Ⅲ型管道机器人Fig.1-1Thes-ⅢPipelinerobot美国是机器人的诞生地早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人是世界上的机器人强国之一其基础雄厚技术先进并有很多管道机器人产品。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。Versatrax150检测管道最小直径为150mm防水深度30m电缆范围160m速度0～10m／min有效载荷92kgCCD彩色直视摄像头。Versatrax300”VLR检测管道最小直径为3omm防水深度30m电缆范围1830m速度0～10m