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排水管道清淤机器人的结构与分类

发布时间:2019-11-12 10:48人气:

  随着我国城市化进程的加速推进,城市排水管网建设逐步扩大规模。近年来城市生活垃圾、工厂废物以及建筑工地泥浆不断增加,而传统城市管网系统缺乏管养,导致排水管道淤堵问题突出、污水外溢,化工类管道出现内部损伤等安全隐患。排水系统被形象地比作城市命脉,保证排水系统的正常运转,对于保护城市环境、控制污染、提高人民生活品质、维护市容市貌有着重要意义。因此,为保证排水系统的正常运转,就必须对排水管道进行定期疏通、清理。
  目前,国内普遍采用绞车清淤法和水力清淤法进行排水管道清淤工作。绞车清淤法需要人工穿缆,而管道环境恶劣,沼充斥气,易燃易中毒,严重影响作业工人的生命健康。直径较小的管道多采用水力清淤法,但采用高压水清淤存在设备昂贵、用水量大的成本问题。
  由此,排水管道机器人应运而生。管道机器人是一种可沿管道内外壁自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械,在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下,进行一系列管道作业的机、电、仪、一体化系统。
 
管道机器人分类
    
排水管道机器人的结构与分类
 
  排水管道机器人通常采用模块化设计,具备爬行器、电缆绞盘、上位控制单元、检测单元、辅助装置、图像处理软件、供能装置等模块。而行走方式是管道机器人的设计核心,对管道机器人的整体性能起决定性作用。管道机器人根据爬行器行走方式可分为轮式管道机器人、履带式管道机器人、蠕动式管道机器人、腿足式管道机器人四大类别,其中轮式管道机器人最为普及。
  1.轮式管道机器人
  第一代轮式管道机器人OPCR-OH由弗罗里达大学于21世纪初成功研发。轮式管道机器人可按机构划分为支撑轮式和车型式、螺旋驱动型三类。
  车型式管道机器人根据能否改变运动方向又可分为可变向型和不可变向型。车型式管道机器人靠自身重力提供正压力,在管道底部行走。车轮直接与马达相连,结构简单,控制方便,行走连续平稳。现有轮式管道机器人以车型式为主,四轮管道机器人及六轮管道机器人最为常见。如IBAK-T66四轮可变向爬行器(适用于管径100nm以上)、T86四轮不可变向爬行器(适用于管径200nm以上),GE-ROVVER 400六轮管道机器人(适用于小管径)等。
  支撑轮式管道机器人采用对称分布的行走结构,支撑轮紧贴管道内壁,对管道表面有一定压力,可在有较大倾角的排水管道中行走;且具备变径结构,以适应不同管径管道。
  螺旋驱动型管道机器人将车轮与转子、静子模块相接,转子的径向螺旋运动通过换向机构转变成定子的轴向运动。
  2.履带式管道机器人
  履带式管道机器人包括履带行走部分、控制器、车载传感器和通讯系统,履带具有转向装置,与管壁间的接触面积较大,附着力强,具有优越的平面越障性能。但履带驱动机构复杂,尺寸不易缩小,多应用于直径较大的管道。
  3.蠕动式管道机器人
  仿生蠕动式管道机器人通过前后支撑部分径向伸缩运动,具有结构简单、能耗少驱动力大、行走较为缓慢的特征。其中,蛇形管道机器人由于自由度较高,较难控制,但在复杂环境下的通行能力超过其他管道机器人。
  4.腿足式管道机器人
  腿足式管道机器人灵活度较高,可以攀爬带有L、T、Y型节点的垂直管道、水平管道,但牵引能力有限,不适合长距离拖缆作业。腿足式管道机器人的步态规划、关节间协调运动控制等方面对机械结构设计和控制系统算法要求较高,且需要结合大量精密传感器,研制成本较高。目前仍在研发阶段,尚未进入广泛实际应用中。

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