管道攀爬機(jī)器人

趙興朝

（湖南華電長沙發(fā)電有限公司 湖南長沙 410203）

管道攀爬機(jī)器人

趙興朝

（湖南華電長沙發(fā)電有限公司 湖南長沙 410203）

管道應(yīng)用在現(xiàn)實生活中極為廣泛，無論是家庭、石油儲運、天然氣運輸、還是在國防科技都少不了管道的應(yīng)用。管道的維護(hù)就顯得極為重要。在管道應(yīng)用中有一大部分是架設(shè)在高空或豎直架設(shè)的很高。維修這些就顯得很費力，很容易帶來人身傷亡，而且現(xiàn)在大部分維修是靠重型工程機(jī)械維修第一機(jī)器造價昂貴，而且在維修時還很占地妨礙交通，在山區(qū)甚至無法使用大型機(jī)械。它能夠攜帶檢測器、監(jiān)測儀、自動電焊機(jī)等各種儀器凌駕于高空管道之上，穿梭于狹窄地下管道之間，圓滿完成一項項艱巨任務(wù)。

管道維護(hù)；攀爬；機(jī)器人

引言

因高空作業(yè)而造成人員傷亡的事故比比皆是，因故障地點空間狹小而要“大動干戈”或放棄監(jiān)測、檢修的現(xiàn)象數(shù)不勝數(shù)，如果這些問題都要由人力來完成的話，那么每年我國的人力、財力將為之耗費巨大。以往行走機(jī)器用途單一，維修成本高。而我們的“管道攀爬機(jī)器人”的出現(xiàn)，便輕松的解決了這一系列難題，它能夠攜帶檢測器、監(jiān)測儀、自動電焊機(jī)等各種儀器凌駕于高空管道之上，穿梭于狹窄地下管道之間，圓滿完成一項項艱巨任務(wù)。

管道攀爬機(jī)可以代替高空云梯車搭載工作人員到電線桿頂端進(jìn)行低壓電網(wǎng)架設(shè)，提高工作效率，避免了在狹小地帶云梯車無法使用靠電力工人肩扛架設(shè)器材進(jìn)行作業(yè)的麻煩，這就要求我們要有一種可以順利攀爬各種角度的機(jī)器人來為我們服務(wù)。“管道攀爬機(jī)器人”正是迎合這種未來趨勢而設(shè)計研發(fā)的新一代載具。

1 裝置的基本結(jié)構(gòu)

“管道攀爬機(jī)器人”采用慧魚組合零件和方形鐵管組裝，主要分為攀爬手臂、手臂動力系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)、工作平臺四部分。裝置整體如圖1。

圖1 裝置整體的主視圖

1.1 動力裝置

在第一、第三機(jī)械手臂中部分別設(shè)有電動機(jī)，提供攀爬動力，同步齒輪傳動向上提升手臂。

1.2 攀爬手臂

（1）機(jī)器主要由三只機(jī)械手臂構(gòu)成；手臂可以自由張開、閉合；每個手臂成半圓環(huán)形，自動鎖閉，減小機(jī)械手的動力系統(tǒng)負(fù)荷。

（2）手臂動力系統(tǒng)

電動機(jī)帶動內(nèi)部螺桿旋轉(zhuǎn)使手臂后部距離產(chǎn)生變化；利用杠桿原理使手臂自由張開合閉，在體積受限的情況下采用2：1的比例最大程度的發(fā)揮了電動機(jī)的扭力，使機(jī)器可以牢固的抓住攀爬對象。

（3）爬升系統(tǒng)

電動機(jī)傳動同步齒輪帶動螺桿旋轉(zhuǎn)達(dá)到各手臂之間距離改變的效果。

（4）可擴(kuò)展性

管道攀爬機(jī)器人可以搭載各種檢測維修裝置對事故端進(jìn)行作業(yè)。

2 裝置的功能及運行原理

功能概述：

“管道攀爬機(jī)”主要用于攀爬各種類管道形物體，不受管道角度限制，克服傳統(tǒng)機(jī)器只可攀爬單一角度的缺陷。它可以承載監(jiān)測器、檢測儀、自動電焊機(jī)等各種儀器，來對管道進(jìn)行監(jiān)測、檢測及維修。必要時可以承載工作人員到指定位置作業(yè)。它能搭載其他相關(guān)機(jī)器工作于危險、狹窄等惡劣環(huán)境中，解決由于空間位置等限制帶來的人員無法直接解決的各種問題。

此裝置主要由三只機(jī)械手臂構(gòu)成。第一對手臂張開后動力裝置將手臂向上提升一定距離，然后第一對手臂閉合夾緊管道，之后，第二、三對手臂分別行駛相同的動作，以達(dá)到攀爬的目的。為保證機(jī)器能夠安全穩(wěn)定攀爬，攀爬時始終保持有兩對手臂夾緊管道，這樣使機(jī)器自動攀爬到事故端，三支手臂同時抱緊等待承載的儀器作業(yè)。當(dāng)工作結(jié)束后，裝置自動返回起始位置等待回收或接受下一任務(wù)。每個手臂成半圓環(huán)形，自動鎖閉，它們是攀爬的主體；內(nèi)部設(shè)有電機(jī)，提供動力，帶動內(nèi)部螺桿伸縮，并與外部手臂構(gòu)成杠桿，利用杠桿原理使手臂張合，從而達(dá)到攀爬的目的。

本機(jī)器采用蓄電池或太陽能供電，自身耗電少，而且結(jié)構(gòu)簡單，便于后期維護(hù)過程中的零部件更換。而且操作簡單方便不需要對使用者進(jìn)行長時間的繁瑣培訓(xùn)。

3 主要優(yōu)點

“管道攀爬機(jī)器人”的閃光點：

（1）在于“廣”，它可以攀爬各種方向的類似管道形物體并可以同時承載各種儀器在各種環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)?？朔艘酝凶邫C(jī)器人用途單一、攀爬角度單一的缺陷。因此“廣”成為我們新型行走機(jī)器人的閃光處之一。

（2）“簡”也是現(xiàn)代機(jī)器所要具有的優(yōu)點：①“簡”指結(jié)構(gòu)簡單，這就使我們的“管道攀爬機(jī)器人”本身的造價低，后期維護(hù)方便簡單，維修成本低。②“簡”是指機(jī)器本身的操作簡單，在機(jī)器投入應(yīng)用以后不用改變原來的工作人員配置，也不需要耗費大量時間、資源對在職工作人員進(jìn)行繁瑣培訓(xùn)，只要是會從事簡單機(jī)械控制的人都可以迅速的掌握機(jī)器的控制和基本維護(hù)。

（3）“新”是我們的機(jī)器人的小進(jìn)步?！胺律鷻C(jī)器人”的制作已經(jīng)不是新的課題，但是我們的機(jī)器“新”在它濃縮了現(xiàn)有各種行動類機(jī)器人的精華。它不在受被攀爬物的角度限制，自身的體積在設(shè)計之初就被我們進(jìn)行了嚴(yán)格的定義，因此體積上也是行走類機(jī)器人中較小的類型，使我們機(jī)器的作業(yè)空間不需要太大。

4 應(yīng)用前景

（1）隨著城市化進(jìn)程的加快和中國奧運年的到來，各大城市都將城市美化工作提上日程安排，一個個高聳的燈桿需要清潔，有了我們的新型攀爬機(jī)器人不在需要很多人搭建工作臺，浪費大量的工作時間和財力；城市化建設(shè)低壓線路改造，有了我們的“攀爬機(jī)器人”就不再需要云梯車跟著工作人員在電線桿上前進(jìn)，搭載電力工人到桿頂安裝架設(shè)支架。

（2）有經(jīng)濟(jì)學(xué)專家評論奧運年之后將是中國旅游業(yè)迎來嶄新氣象的開始。清潔！改造！是中國近幾年內(nèi)不可忽視的問題。奧運場館中的各種支撐體，體育場的照明燈、游泳館的承重柱、鳥巢的主體等都需要定期進(jìn)行清潔，以便迎接一批又一批的中外游客，我們不能每次清潔都搭建一個建設(shè)時一樣的工作平臺，那樣既浪費資源又影響場館的對外開放。因此我們需要這種新研發(fā)的“攀爬機(jī)器人”?，F(xiàn)在中國大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，家政服務(wù)保潔公司已經(jīng)不是陌生的名詞，如果清潔公司可以購進(jìn)一到兩臺機(jī)器人，那么就不再需要每次遇到高空作業(yè)時耗費大量的金錢為職工繳納必要的意外傷害保險，而讓機(jī)器人來代替職工進(jìn)行高危作業(yè)即經(jīng)濟(jì)又降低了人員高空作業(yè)的危險系數(shù)。從此讓工作傷亡事故遠(yuǎn)離我們的“城市美容師”。同時還可以進(jìn)行油氣輸送管道的維修等工作。

“廣”、“簡”、“新”讓我們的“管道攀爬機(jī)器人”有著不可預(yù)想的應(yīng)用空間。

5 結(jié)論

“管道攀爬機(jī)器人”的研發(fā)和應(yīng)用是非常有價值的。減少工作人員忍受塵埃圍繞身邊的痛苦；可以在空間狹小發(fā)現(xiàn)問題并解決問題；減少高空作業(yè)的危險。機(jī)器本身構(gòu)造簡單，簡單的更換機(jī)械手臂抱環(huán)后可以對原來人工不能檢查的一些管道進(jìn)行內(nèi)部檢測，特別是在管道的檢測中作用尤為突出，還可以對已使用的管道在不停水的情況下進(jìn)行檢測，不僅不影響被檢測管道的正常運行，而且檢測結(jié)果清晰、準(zhǔn)確，相比人工作業(yè)，工作效率可提高一倍以上。相比大型工程機(jī)械，價格低廉，維護(hù)簡單，適合進(jìn)行批量生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

TP242

A

1004-7344（2016）32-0238-02

2016-10-9

趙興朝（1985-），男，助理工程師，本科，主要從事燃料管理工作。