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國內外管道檢測機器人最新發展概況
國內外管道檢測機器人最新發展概況 載入中...

近幾十年,隨著自動化技術的極大進步和國民物質生活水平顯著提高,各行各業的發展更多地依賴于物料輸送。特別地,管道輸送憑借著輸送量大、方便快捷、低成本等優勢,在國民經濟中占有越來越大的比重,已廣泛應用于石油、化工、能源、食品加工、城市供排水、農業灌溉、核工業等領域。但由于受到輸送介質的化學性腐蝕、不可抗力的自然災害以及自身缺陷的影響,極有可能發生輸送物泄露導致的,如環境污染、易燃物爆炸、能源浪費等嚴重事故。所以需要定期對管道內部進行檢查、維護和清潔保養。傳統管道檢測都是由相關人員實施,工作量大,效率低下。而且有些管道位置人員無法到達實施監測,比如輸送有毒化學品或內部結構復雜狹小的管道。由此,管道機器人應運而生。管道機器人是一種可沿細小管道內部或外部自動行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機械,在工作人員的遙控操作或計算機自動控制下,進行一系列管道作業的機、電、儀一體化系統.依靠快速運動、靈活操縱、準確判斷和低成本等優點,管道檢測機器人已成為當下國內外研究的熱點。自上世紀 50 年代以來,隨著計算機技術、通信技術、圖像處理技術、微電子技術、傳感器技術和機械設計制造技術的進步,管道機器人得到了空前的發展。但除了部分功能簡單的管道機器人實現市場化生產以外,大部分還處在實驗室開發階段。傳統管道機器人面對垂直管道、彎管、支管、變徑和微小管道等難題,仍存在很大的改善空間。 ? ? ???總體上講,管道機器人是由運動機構、控制模塊、信號采集模塊、供能模塊和輔助模塊等組成。而行走方式是管道機器人的核心,它決定了管道機器人的整體性能。根據管道機器人行走機構的動力源及運動可控性的不同,可將其運動方式劃分為被動運動方式和主動運動方式兩大類。其中主動運動方式主要包括輪式、履帶式和無輪式, 被動運動方式的典型代表為管道豬( PIg)。所謂主動運動方式,是指管道機器人憑借自身攜帶的驅動源,具備了自主行走能力,運動速度和方向都可控。并且可以裝配儀器和工具,進行檢測、維修作業,是目前管道機器人研究的主要方向。但其結構復雜,成本較高,且能源供給有限,不適合長距離作業。所謂被動運動方式,是指管道機器人依靠管內流體的壓力差產生驅動力,隨著管內流體的流動方向移動,并可攜帶多種傳感器。但其自身沒有行走能力,移動速度、范圍不易精確控制。 ? ? ????為了針對不同的作業環境和需求,設計出理想的管道機器人,我們有必要對各種類型的管道機器人的性能指標做一個深入的比較,如垂直移動能力、可操控性、管道尺寸適應能力、靈活性、穩定性、移動效率、驅動機構數量和無線控制等,螺旋驅動輪式和壓壁輪式管道機器人在各個性能指標方面表現出很大的優勢,是未來管道機器人發展的趨勢,值得今后全球的機器人研究機構投入更多的科研精力。 國內外管道機器人的最新研究成果傳統機器人在面對垂直、微小、復雜管道時,存在諸多實際困難,如通行性差、穩定性弱、牽引力小等。為此,世界各國研究學者根據不同類型的管道機器人性能特征,在機械結構、行走方式、驅動能力等方面,開發設計出很多改良型專用機器人。 ? ?????近五年內為提高管道機器人在復雜管道內的適應性,各國科研學者的最新研究成果。但總的來說,目前國內外管道機器人的研究還處在發展改進階段,距離成熟的市場化應用還存在很大距離。大多數開發出的管道機器人僅適用于特定的作業環境,通用性不強。隨著機械結構設計的改進和自動控制水平的提高,管道機器人將會更廣泛的應用于各行各業,同時也面對更多的挑戰。除了上文提到的垂直管道、復雜結構管道、變徑管道等不利因素,還需要在以下方面有所突破: ?1)行走機構的設計。在傳統運動方式中,螺旋驅動型和壓壁型都顯示出較好的管道適應性,但也都有其局限性,如負載能力低、越障性差等。因此,未來仍需要我們研究新式的行走機構來滿足不同的實際要求。如北京信息科技大學開發的一種輪腿配合式管道機器人,結合了輪式和腿式機器人的優點。當管道內部無障礙物時,選擇驅動能力強的輪式移動方式,使機器人快速進行管道內作業; 當機器人遇到障礙物時,選用靈活性、越障性更好的腿式移動方式,跨越障礙。 2) 能量供給。管道機器人以電能驅動為主,普遍采用攜帶蓄電池或是拖纜供電的方式,要么供電時間短,要么負載過重,都不適宜長距離復雜構造管道內的行進。因此方便持久的供電方式,如攜帶大容量輕型蓄電池或是能夠利用太陽能、流體自發電的系統會是未來研究重點。 3) 通信方式。常規的線纜通信不適用于長距離或是復雜管道內。而能夠做到有效克服金屬管道屏蔽影響的無線通信將會是未來管道機器人通訊的發展趨勢。 4) 圖像處理技術。 大多數管道機器人都需要攜帶攝像頭來采集管道內的視頻信息以便進行探傷、清淤等作業,因此基于機器人的圖像采集、處理技術將會是一個極具吸引力的研究領域。

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