[發明專利]一種三核兩軸履帶式高速天然氣管道機器人控制系統

有效

• 申請號: 201610400325.8
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN105856234B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 張好明;朱利軍
• 申請（專利權）人: 江蘇若博機器人科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J5/00;G05D1/02;F16L55/32;F16L101/30
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 顧伯興

技術領域

本發明涉及大型管道機器人的領域，尤其涉及一種三核兩軸履帶式高速天然氣管道機器人控制系統。

背景技術

天然氣管道的輸送介質屬于易燃、易爆物質，介質中含有的硫化氫、二氧化碳、游離水、粉塵等雜質，使敷設的管道處于內外腐蝕條件，甚至有的時候內部會產生阻塞情況發生。再加上環境、地質、氣象和水文災害、管材及設計缺陷、操作失誤乃至人為破壞等因素，管道的安全受到眾多因素的威脅。

1989年6月4日，前蘇聯的一條輸氣管道發生泄漏，兩列對開火車在距離泄漏點1 公里外的鐵路線上通過時，火車磨擦產生火花引起了泄漏的天然氣體爆炸，造成600多人死亡，數百公頃森林燒毀；2000年8月，美國新墨西哥州東南部一條720 mm口徑的輸氣管道發生天然氣爆炸，引起連天大火并至少造成 10人死亡，在30多公里以外的地方都可以看見巨型火球沖上天空，爆炸后地面留下一道長25m、深6m的大坑；我國的石油天然氣管道亦曾多次發生事故，管道發生爆破、泄漏、停輸等事故不僅造成巨大財產損失，而且也危害到生態環境。

管道機器人是一種可以沿著管道內部或者是外部自動行走，攜帶一種或多種傳感器和操作機械，在操作人員的控制下或者是計算機自動控制下完成一系列管道作業的機電一體化系統。管道機器人的研究開始于上個世紀四十年代，到了70年代由于微電子技術、計算機技術、自動化技術的發展和進步，國外管道機器人技術于90年代初得到了迅猛發展，研制了許多實驗樣機，并取得了大量的研究成果。

用管道機器人巡檢天然氣管道，不僅可以提高管道檢測的效率，而且對于改善勞動條件，減輕勞動強度，提高作業效率，降低作業成本，保障人身安全都有著十分重要的意義。但是國內還沒有采用管道機器人巡檢天然氣管道，天然氣管道爆炸時有發生，造成了巨大的經濟損失和環境污染。

一個實用的天然氣管道機器人必須具備以下幾個部分：

1）圖像采集系統：圖像采集系統可以發現管道內已經出現的問題，并可以為工作人員提供管道受損和阻塞情況，為更換管道或者是清理管道提供可靠依據；

2）損傷采集系統：損傷采集系統可以及時發現管道系統外壁出現的異常情況，避免了管道而長期破損導致抗壓能力減弱，最終導致天然氣大量泄露而產生爆炸事故發生；

3）濕度探測和阻塞物探測：如果濕度過大，天然氣管道的輸送介質易于形成管道腐蝕，同時部分物質會堆積起來產生阻塞情況；

4）電機：執行電機是管道機器人的動力實施部件，它實時轉化電源的能量，根據管道機器人微處理器的指令來執行機器人在天然氣管道內的相關行走動作；

5）算法：算法是天然氣管道機器人的靈魂，由于天然氣管道是一個封閉的管道，內部情況非常復雜，天然氣管道機器人必須采用一定的智能算法才能準確的從管道內一點到達另外一點，形成點對點的巡檢，并實時存儲采集圖像、管道水汽信息、管道阻塞信息、管道受損情況和受損位置信息；

6）微處理器：微處理器是天然氣管道機器人的核心部分，是天然氣管道機器人的大腦，管道內所有的信息，包括管道內的濕度、阻塞情況、管道損傷信息以及損傷位置信息、電機狀態信息、電池狀態信息等都需要經過微處理器處理并做出相應的判斷。

國內對管道機器人的研究只是剛剛起步，均是采用單核控制器，均處于實驗室樣機設計階段，離大規模使用具有一定的距離，主要面臨以下問題：

（1）受控制技術影響，所有的管道機器人均采用單核控制器，控制器的計算能力較弱，管道機器人無法快速處理實時環境，且機器人行走速度較低，巡查管道速度較慢，受外界干擾影響穩定性較差；

（2）對于采用電機驅動的管道機器人所攜帶的能源均采用可充電蓄電池，這些蓄電池均是通過簡單的串聯和并聯后形成高壓大電流能源系統，均沒有保護電路，壽命較短，正常工作時經常出現異常甚至干擾到管道機器人的工作；

（3）對于采用步進電機或者是直流電機驅動的管道機器人來說，受電機自身效率的影響，能源利用率較低，導致機器人在管道內移動距離較短；

（4）對于采用步進電機或者是直流電機驅動的管道機器人來說，受電機功率密度的影響，由于所采用的電機體積均較大，最終導致機器人的體積較大，重量較重，嚴重影響了管道機器人的使用范圍；