核设施管道检测机器人系统研究

提出了一种具有自适应能力的管道检测机器人,该机器人应用于核设施内在役或退役的通风管道的检测。结合核工程现场实际,基于一种类型的核设施通风管道,设计适应作业环境、运动灵活、实时可靠的管道检测机器人。该机器人系统分为机械结构、控制系统和数据采集处理系统。机械结构分为驱动单元机构和控制单元机构;控制系统含有驱动模块、遥操作模块以及以STM32F103ZET6芯片做核心的主控板;数据采集处理系统分为各数据采集硬件模块和数据库分析软件。所研发的机器人能够为我国核设施的检测和退役的有效实施提供有价值的参照。     

一种用于电缆管道排管作业与巡检的遥操作机器人

介绍一种用于城市地下电缆排管作业与巡检的遥操作机器人系统.该系统由可远程操作的机器人本体、传输/回收设备和便携式地面监控站组成.基于TMS320DM6446主控芯片的嵌入式控制系统、高性能的驱动机构、多传感器组成的检测单元及可靠的无线/有线双传输链路使机器人能辅助电缆管道排管作业和施工验收,完成电缆状态检测等功能.实验表明,该机器人结构独特、体积小巧,能够稳定运行于电缆排管中;机器人拥有足够牵引力以辅助电缆敷设;检测单元能获取视频图像、管内温度、排管坡度和电缆局部放电量等检测信息;整个机器人系统可以满足电缆管道排管作业与巡检的基本要求.     

一种分段式多CPU机电结合管道机器人系统的设计

本设计由柔性分段式结构、多CPU无线管道探测机器人和C#人机交互控制系统实现。机器人机械结构采用分段式设计,使其能够在复杂管道环境下灵活作业;电控设计采用主从式CPU控制,可实现多任务并行操作,且成本低廉。机器人携带摄像头及各种环境检测传感器,对管道内部现场状况进行探测,将探测数据无线传回地面PC终端控制系统。系统对传回数据进行分析处理,使工作人员了解管道内部状况并将分析结果保存备案。然后,通过PC控制界面向下发送控制协议,使机器人执行下一步动作展开维修工作,实现人机交互。     

一种自适应多功能智能管道机器人设计

针对现有管道机器人功能单一、适应性差的问题,设计了自适应多功能智能管道机器人。采用SolidWorks对机器人进行了三维建模,分析了机器人的工作机理,对控制系统进行了研究。采用ANSYS有限元分析软件对支撑结构进行了分析。对变径机构主动轮部分进行了运动学建模,得到了N20电机与管道机器人行进速度的函数关系及N20丝杆电机转速与管道机器人开合灵敏度的函数关系。对机器人外径调节范围和空载行进速度进行了试验,制作了实物样机,经试验测试表明：机器人单节高度为80 mm,质量为0.7 kg,主动轮外径可调节范围为60.16～240.33 mm,空载行进速度为0.21 m/s,主要支撑结构均满足设计要求。该机器人具有结构简单、制造成本低、功能多元、主动适应管径变化的特点,不仅为管道类机器人的创新设计提供了有效解决方案,而且为海洋管道的安全性检测做出了贡献。     

基于STM32的管道机器人控制系统设计

设计了一种管道机器人控制系统,该系统通过STM32单片机控制,对垂直管道机器人进行相应的闭环控制,并且使机器人具备在管道内行走及检测的功能,希望能够为相关专业提供可以参考的理论依据。     

经济型多功能管道机器人控制系统的研制

针对经济型多功能管道机器人的工作特点,研制了机器人的控制系统。该系统采用分级控制方式,以C8051F单片机作为其核心控制器,完成了数据采集模块、电源模块、远程监控模块等硬件电路的设计及上位机监控系统的开发,实现了机器人的自主控制及管外监控。经试验证明,该系统运行稳定,为管道机器人的后续开发提供了开放式控制平台。     

管道机器人系统的研究

提出了一种能够对口径在Φ35～155mm范围的管道内表面质量实现半自动检测的管道机器人系统.该系统可以把管道内壁裂纹、砂眼、焊缝、疵病等图像信息检测并摄录下来,并通过监视器提供实时图像供操作者随时观察,经计算机进行图像处理与识别,给出管道内表面的粗糙度等级.     

小口径管道自适应内检测机器人研究

小口径管道在船舶、石油化工等工业领域具有广泛应用,其内部状态对设备的安全运行具有重要影响,管道自适应内检测机器人是对管道内部状态检测的有效方法.通过Solidworks建立轮式管道内检机器人仿真模型,对其适应管径变化及转弯的能力进行分析.通过ADAMS方法对内检机器人进行模拟计算,依据实际工况进行条件约束,对机器人的爬行运动学及动力学进行仿真分析.结果 表明,所设计小口径管道内检测机器人具有一定范围的管道变径及转弯自适应能力,可适应95mm到105mm之间的管道直径变化,可顺利通过的管道最小转弯半径为200mm;在给定速度与预紧力的情况下,轮子与管壁间的力随着管径变小而增加.     

中央空调管道清洗机器人设计

在中央空调管道机器人的机械结构设计基础上,重点研究基于单片机控制的中央空调管道清洗机器人开放式控制系统,完成了清洗机器人的控制策略和控制系统软/硬件结构的实现。该机器人结构简单,控制灵活,系统工作稳定,为中央空调管道远程监控自动清洗技术的进一步研究提供了平台。     

基于DOFVS的新型压力输水管道泄漏在线监测方法

压力输水管道因内部压力及外部使用环境腐蚀等因素经常造成爆管泄漏等问题,根据管道泄漏时会引起泄漏点周围管壁振动这一特点,利用基于相位敏感光时域反射仪技术的分布式光纤振动传感技术(DOFVS)提出了一种新型压力输水管道光纤在线泄漏监测方法,此方法利用普通单模通信光纤拾取泄漏点引起的管道振动信号并进行实时检测和定位。在室内测试环境下,该系统能够检测出DN90 cm×EN2 cm普通钢制压力输水管道在0.4 Mpa压力下,泄漏孔径为4 mm的泄漏;在室外测试环境下,该系统能够检测出DN200 cm×EN2 cm普通钢制压力输水管道在0.27 Mpa压力下,泄漏量大于11 L/s泄漏孔的泄漏。此外,采用多尺度小波分解去噪方法,对监测信号中的环境噪声信号进行滤除,并取得了良好的去噪效果。     

MICRO-ROBOT FOR MEASUREMENT AND THREE-DIMENSION RECONSTRUCTION OF MICROPIPES

0 INTRODUCTIONPipes or hollow bodies in petrolic industry, natural gas indus-try, chemical industry, energy sources, nuclear energy industry,automobile and aeronautic industry etc, are charged with liquidtransmission. Especially for the liquid in high pre…     

新型自由曲面三维激光扫描系统

从机械结构、控制系统及操作系统结构等几个角度介绍一种三维激光扫描系统设计方案。系统集成了先进的数据处理技术、激光扫描技术、先进控制技术及机器人技术,有效地借助于光机电一体化技术实现了表面检测及三维表面模型重构智能化及自动化。系统由具有电驱动装置的激光测头、C形滑臂、升降旋转台、电控系统及主控计算机组成。通过所设置测量参数,系统能够对不同的被测物体进行扫描路径规划,进而通过激光测头、C形滑臂及转台的全自动协调控制完成无盲点三维表面测量任务。试验结果表明,该三维激光扫描系统的扫描精度达到0.1 mm,速度为10 000点/s,能够应用于小型工件及模型、模具表面数据检测及模型重构。     

In-pipe inspection robot with active pipe-diameter adaptability and automatic tractive force adjusting

An in-pipe robot with active pipe-diameter adaptability and automatic tractive force adjusting is developed for long-distance inspection of main gas pipelines with different diameter series. Its physical design employs the scheme that three sets of parallelogram wheeled leg mechanism are circumferentially spaced out 120° apart symmetrically. This structural design makes it possible to realize the adaptation to pipe diameter and tractive force adjusting together. On the basis of analyzing the mechanical actions of the adaptation to pipe diameter and tractive force adjusting, the related mechanical models are established, and their control system structure and control strategy are discussed. To verify the pipe-diameter adaptability and tractive force adjusting of the robot, related field experiments are implemented in actual underground gas pipeline. The experimental results show that the theoretical analysis in this paper is valid and the prototype of this robot can work well in actual underground gas pipelines. Compared with other similar robots, this robot, which employs active mode for its adaptability to pipe diameter, can be adaptable to the wide range of gas pipeline diameters from 400 mm to 650 mm and automatically provide a stable and reliable tractive force with strong capacity of tractive force adjusting. As a mobile carrier for visual inspection and nondestructive testing to monitor block, corrosion, crack, defect, and wall thickness of main gas pipelines, its inspection range of one-time job in pipelines is extended beyond 1000 m.     

基于结构光的微细管孔内表面三维重建

介绍了一种适于空间曲线型微细管孔内表面三维重建的系统。该系统主要由管道机器人、形貌检测器和曲率检测器等部分组成。形貌检测器在管道机器人的带动下潜入管孔内部进行内壁截面图像采集，曲率检测器负责测量管孔中心轴线在检测器采样位置处的局部几何性质。对管道内壁截面图像进行适当的处理，结合形貌传感器的标定参数和结构参数，可以计算出在检测器局部坐标系下的管道截面三维轮廓；同时，根据传感器采样位置处的管道中轴线局部几何性质、管道机器人的前进步长，建立局部坐标系与全局坐标系的关系，从而将被测全部截面的局部坐标转化为全局坐标，实现管道内表面的三维重建。实验结果表明，利用该技术检测的管道内表面三维形貌与实际情况是一致的。     

采用高精度自动定心机构的大尺寸内径测量

圆心定位精度是非接触式大尺寸内径自动测量系统的重要参数,高精度圆心定位是提高系统测量精度的关键。研制了具有高精度自动定心机构的大尺寸内径测量系统,利用双椎体主轴同步定心方法实现测量系统在被测轴孔内高精度自动定心,并通过调节定心支撑臂长度提高圆心定位精度。利用最小平方中值法剔除粗大误差,再利用最小二乘法拟合测量结果,提高了内径拟合精度。使用设计的大尺寸内径测量系统样机对内径直径582 mm的标准环规进行测量,并在大型工件加工现场进行了验证。实验结果表明,本系统的圆心定位精度可达0.012 8 mm,内径和圆度的测量精度可达0.001 mm,标准环规测量重复性稳定在0.006 mm以内,现场测量重复性稳定在0.007 mm以内,能够正确反映大尺寸轴孔的内径和圆度参数,满足测量要求。     

基于ASODVS的全景相机运动估计及管网3D重构技术

针对地下管网的空间三维测量、三维形貌重构难等问题,提出了一种基于主动式全方位视觉传感器(ASODVS)的相机运动估计及管网3D重构解决方案。通过携带有ASODVS的管道机器人进入管道内部,实时获取管道内壁纹理全景图像和全景激光扫描图像;首先对全景激光扫描图像处理解析出投射在管道内壁上的激光中心点,通过计算得到管道横截面的点云数据;另一方面,对全景纹理图像进行处理,首先利用快速鲁棒性特征(SURF)算法快速提取特征点并进行匹配,然后采用随机抽样一致性(RANSAC)算法去除误匹配点,接着利用全景相机的极几何原理估计相机运动位姿,并利用光束法平差(BA)进行优化,最后利用相机运动位姿将相机坐标系下的点云坐标实时转换到世界坐标系下,完成对地下管网的三维重构。实验结果表明,所提出的方案能够精确估计相机运动位姿,实时对管道内部进行三维重构,实现了管道检测机器人边行走、边采集数据、边检测分析处理、边三维建模的设计目标。     

Temperature measurement during solidification of thin wall ductile cast iron. Part 1: Theory and experiment

Temperature measurement using thermocouples (TCs) influences solidification of the casting, especially in thin wall castings. The problems regarding acquisition of detailed cooling curves from thin walled castings are discussed.

Experiments were conducted where custom made TCs were used to acquire cooling curves in thin wall ductile iron castings. The experiments show how TCs of different designs interact with the melt and how TC design and surface quality affect the results of the data acquisition. It is discussed as to what precautions should be taken to ensure reliable acquisition of cooling curves. Measurement error depending on TC design and cooling conditions is shown.

A method is presented that allows acquisition of cooling curves in thin walled ductile iron castings down to a thickness of at least 2.8 mm. The obtained cooling curves can be used to compare nucleation and growth during solidification of castings with different plate thicknesses.     

大粗糙度气缸套内孔直径非接触测量方法研究

为解决大粗糙度的气缸套实现内孔直径自动化测量这一问题,基于电涡流传感器进行了测量方案的设计,并针对机械结构建立了测量过程的数学模型,得到了由机械结构引起的理论误差公式;通过MATLAB绘制出机械误差的三维曲面图,并得到了机械误差小于0.01 mm时各相关变量的取值范围;通过试验验证了自动测量机与内径百分表之间的测量误差,最小值和最大值误差均处于±0.015 mm内,平均值误差处于±0.01 mm内。该气缸套的内孔直径公差为±0.075 mm,结果表明,自动测量机满足现场使用要求。     

一种水管机器人的结构和弯道通过性分析

楼房自来水旧有金属管道的内衬涂覆可有效避免水在这种管道内输送时的二次污染,从而为直饮水推广提供必要条件,但在内表面处理后没有合适的技术来进行涂覆质量的检查,利用管道机器人可以实现这一目的.文中主要讨论了直径≤50 mm,曲率半径约75 mm管道机器人的机械结构的设计,并分析了机器人在弯道处的通过性.提出了一种新型的管外驱动的方式,极大地提高了机器人的行进速度和负载携带能力.通过采用SMA(shape memory alloy)作为主动导向驱动,在视觉系统的辅助下能够顺利地通过L型和T型管道.该机器人可望具有良好的越障、转弯能力和行进速度.     

BIMORPH PIEZOELECTRIC ACTUATOR FOR SMALL PIPE ROBOT

An experimental bimorph piezoelectric element (PZT) actuator for small pipe robot is developed. The robot can move in φ20 mm pipe, and can carry a CCD camera for detecting cracks or fine holes on inner surface of pipe. The velocity of the robot can reach 17～22 mm/s for vertical pipe up/down, respectively. Moving principle and its performance characteristics are presented.