管道爬行機器人的發(fā)展與展望

　　管道爬行機器人是一類集多類傳感器及操作裝置（錄像機、清理裝置、焊接裝置、防腐噴漆裝置、機械手、位姿傳感器、超聲波傳感器等）一身的機器人。管道爬行機器人作業(yè)時通過操作員遠距離的遙控來控制完成管道下一系列的清理維系等工作，是一種新型的自動化在水下管道中的自動化作業(yè)裝置。

　　管道運輸有運輸手段簡便、制造方便、運輸效率高等諸多優(yōu)點，所以被廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及生活中的各個領(lǐng)域。目前，我國輸送汽油等燃料的管道已建達500000km，并且在以每年1500km的速度快速增長。

　　然而，隨著管道的使用時間的不斷延長，管道的老化情況日益嚴重，管道內(nèi)壁或外壁不斷受到輸送介質(zhì)及外部力的沖擊等各種因素的影響，很可能會出現(xiàn)管道泄露、裂紋、輸送介質(zhì)泄露或者截留面積減小等問題。所以，就需要對管道的情況定期進行排查、維護和維修。然而有些管道通常輸送的介質(zhì)多是對人體有害的并且管道的空間狹小，使得工作人員無法直接對管道進行人工維修和檢測。

　　然而由于管道的掩埋性，目前采用的多的維修方式就是挖掘法及抽樣檢測維修法等。這些方法都需要耗費需要大量的人力物力財力，并且還無法保證管道能夠正常使用。還有的方法隨機性比較強，準確率很低，無法做到對管道進行、*的排查，從而造成了管道運輸?shù)陌踩[患。

　　基于上述不盡如人意的管道排查、檢測和維修方式，所以迫切的需要一種新的管道維修方式。國內(nèi)外學者提出了一種由機器人代替人工進入到管道中對管道進行日常維護、檢測的新想法并對其進行了深入的研究。自1978年提出了腿足式的管道爬行機器人以來，管道爬行機器人開始了迅猛的發(fā)展，其中一部分管道爬行機器人已進入到實際應(yīng)用階段，在對管道的日常檢查、排查、維修中起到了發(fā)揮了極其重要的作用。

　　1 管道類機器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

　　歐洲對管道爬行機器人的研究起步相對較早。伴隨著電子技術(shù)及通訊技術(shù)的發(fā)展，管道爬行機器人已達到了實際應(yīng)用水平。

　　日本電子行業(yè)的發(fā)展也刺激著管道爬行機器人的不斷革新。例如1990年東京大學就開始了管道爬行機器人的研究，并提出了THES系列管道爬行機器人。

　　“月球車”是早期由俄羅斯提出，配備有9個驅(qū)動的并聯(lián)機器人。該機器人采用并聯(lián)傳動機構(gòu)，攝像頭翻轉(zhuǎn)可進行多角度的拍攝，對維修部件進行了多角度的找位，管道氣人利用自身的設(shè)備對管道進行檢測、維修作業(yè)。

　　國內(nèi)對于管道爬行機器人的研發(fā)相對起步較晚，盡管如此，國內(nèi)也不乏典型的并聯(lián)機器人研究成果。例如上海交通大學提出的煤氣管道檢測機器人。該機器人具有特殊的四邊形結(jié)構(gòu)，具有非常好的自適應(yīng)能力，并采用輪腿的行進方式。

　　2 管道爬行機器人的結(jié)構(gòu)類型

　　管道爬行機器人按照運動部件分為輪式、履帶式、關(guān)節(jié)式、壓差介質(zhì)式等。

　　2.1 車輪式管道爬行機器人

　　具有速度快，機構(gòu)簡單，拖動力大等特點。廣泛應(yīng)用石油、汽油輸送管的日常清理和維護中。該類機器人行進特點是需使驅(qū)動輪與管道內(nèi)壁有一定的封閉的正壓力才能產(chǎn)生一定的供其行走的摩擦力。該正壓力主要來源于機器人的自身重力、彈簧力等等。

　　2.2 履帶式管道爬行機器人

　　履帶的結(jié)構(gòu)使得該類機器人具有非常好的附著性，所以對于泥濘或有較厚油污的管道也能可靠的行進。但履帶式管道爬行機器人由于是履帶這種較為復(fù)雜的行進方式，不易控制也不易實現(xiàn)自動化。

　　2.3 關(guān)節(jié)式管道爬行機器人

　　關(guān)節(jié)式機器人是仿生學在機器人行業(yè)應(yīng)用的典型例子。此類機器人一般具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，機器人尺寸相對較大。應(yīng)用于管道爬行機器人領(lǐng)域中，由于管道空間有限必須對其機構(gòu)尺寸進行嚴格的設(shè)計。

　　3 展望

　　經(jīng)過國內(nèi)外學者多年的潛心研究，使管道爬行機器人已經(jīng)形成了較為成熟的體系，并且也在實際應(yīng)用中取得了預(yù)計的成果，特別是在焊接、清理、檢測、修補等方向，但也主要是針對于管徑較大的管道。