管道攀爬机器人

赵兴朝

（湖南华电长沙发电有限公司 湖南长沙 410203）

管道攀爬机器人

赵兴朝

（湖南华电长沙发电有限公司 湖南长沙 410203）

管道应用在现实生活中极为广泛，无论是家庭、石油储运、天然气运输、还是在国防科技都少不了管道的应用。管道的维护就显得极为重要。在管道应用中有一大部分是架设在高空或竖直架设的很高。维修这些就显得很费力，很容易带来人身伤亡，而且现在大部分维修是靠重型工程机械维修第一机器造价昂贵，而且在维修时还很占地妨碍交通，在山区甚至无法使用大型机械。它能够携带检测器、监测仪、自动电焊机等各种仪器凌驾于高空管道之上，穿梭于狭窄地下管道之间，圆满完成一项项艰巨任务。

管道维护；攀爬；机器人

引言

因高空作业而造成人员伤亡的事故比比皆是，因故障地点空间狭小而要“大动干戈”或放弃监测、检修的现象数不胜数，如果这些问题都要由人力来完成的话，那么每年我国的人力、财力将为之耗费巨大。以往行走机器用途单一，维修成本高。而我们的“管道攀爬机器人”的出现，便轻松的解决了这一系列难题，它能够携带检测器、监测仪、自动电焊机等各种仪器凌驾于高空管道之上，穿梭于狭窄地下管道之间，圆满完成一项项艰巨任务。

管道攀爬机可以代替高空云梯车搭载工作人员到电线杆顶端进行低压电网架设，提高工作效率，避免了在狭小地带云梯车无法使用靠电力工人肩扛架设器材进行作业的麻烦，这就要求我们要有一种可以顺利攀爬各种角度的机器人来为我们服务。“管道攀爬机器人”正是迎合这种未来趋势而设计研发的新一代载具。

1 装置的基本结构

“管道攀爬机器人”采用慧鱼组合零件和方形铁管组装，主要分为攀爬手臂、手臂动力系统、爬升系统、工作平台四部分。装置整体如图1。

图1 装置整体的主视图

1.1 动力装置

在第一、第三机械手臂中部分别设有电动机，提供攀爬动力，同步齿轮传动向上提升手臂。

1.2 攀爬手臂

（1）机器主要由三只机械手臂构成；手臂可以自由张开、闭合；每个手臂成半圆环形，自动锁闭，减小机械手的动力系统负荷。

（2）手臂动力系统

电动机带动内部螺杆旋转使手臂后部距离产生变化；利用杠杆原理使手臂自由张开合闭，在体积受限的情况下采用2：1的比例最大程度的发挥了电动机的扭力，使机器可以牢固的抓住攀爬对象。

（3）爬升系统

电动机传动同步齿轮带动螺杆旋转达到各手臂之间距离改变的效果。

（4）可扩展性

管道攀爬机器人可以搭载各种检测维修装置对事故端进行作业。

2 装置的功能及运行原理

功能概述：

“管道攀爬机”主要用于攀爬各种类管道形物体，不受管道角度限制，克服传统机器只可攀爬单一角度的缺陷。它可以承载监测器、检测仪、自动电焊机等各种仪器，来对管道进行监测、检测及维修。必要时可以承载工作人员到指定位置作业。它能搭载其他相关机器工作于危险、狭窄等恶劣环境中，解决由于空间位置等限制带来的人员无法直接解决的各种问题。

此装置主要由三只机械手臂构成。第一对手臂张开后动力装置将手臂向上提升一定距离，然后第一对手臂闭合夹紧管道，之后，第二、三对手臂分别行驶相同的动作，以达到攀爬的目的。为保证机器能够安全稳定攀爬，攀爬时始终保持有两对手臂夹紧管道，这样使机器自动攀爬到事故端，三支手臂同时抱紧等待承载的仪器作业。当工作结束后，装置自动返回起始位置等待回收或接受下一任务。每个手臂成半圆环形，自动锁闭，它们是攀爬的主体；内部设有电机，提供动力，带动内部螺杆伸缩，并与外部手臂构成杠杆，利用杠杆原理使手臂张合，从而达到攀爬的目的。

本机器采用蓄电池或太阳能供电，自身耗电少，而且结构简单，便于后期维护过程中的零部件更换。而且操作简单方便不需要对使用者进行长时间的繁琐培训。

3 主要优点

“管道攀爬机器人”的闪光点：

（1）在于“广”，它可以攀爬各种方向的类似管道形物体并可以同时承载各种仪器在各种环境中进行作业。克服了以往行走机器人用途单一、攀爬角度单一的缺陷。因此“广”成为我们新型行走机器人的闪光处之一。

（2）“简”也是现代机器所要具有的优点：①“简”指结构简单，这就使我们的“管道攀爬机器人”本身的造价低，后期维护方便简单，维修成本低。②“简”是指机器本身的操作简单，在机器投入应用以后不用改变原来的工作人员配置，也不需要耗费大量时间、资源对在职工作人员进行繁琐培训，只要是会从事简单机械控制的人都可以迅速的掌握机器的控制和基本维护。

（3）“新”是我们的机器人的小进步。“仿生机器人”的制作已经不是新的课题，但是我们的机器“新”在它浓缩了现有各种行动类机器人的精华。它不在受被攀爬物的角度限制，自身的体积在设计之初就被我们进行了严格的定义，因此体积上也是行走类机器人中较小的类型，使我们机器的作业空间不需要太大。

4 应用前景

（1）随着城市化进程的加快和中国奥运年的到来，各大城市都将城市美化工作提上日程安排，一个个高耸的灯杆需要清洁，有了我们的新型攀爬机器人不在需要很多人搭建工作台，浪费大量的工作时间和财力；城市化建设低压线路改造，有了我们的“攀爬机器人”就不再需要云梯车跟着工作人员在电线杆上前进，搭载电力工人到杆顶安装架设支架。

（2）有经济学专家评论奥运年之后将是中国旅游业迎来崭新气象的开始。清洁！改造！是中国近几年内不可忽视的问题。奥运场馆中的各种支撑体，体育场的照明灯、游泳馆的承重柱、鸟巢的主体等都需要定期进行清洁，以便迎接一批又一批的中外游客，我们不能每次清洁都搭建一个建设时一样的工作平台，那样既浪费资源又影响场馆的对外开放。因此我们需要这种新研发的“攀爬机器人”。现在中国大力发展第三产业，家政服务保洁公司已经不是陌生的名词，如果清洁公司可以购进一到两台机器人，那么就不再需要每次遇到高空作业时耗费大量的金钱为职工缴纳必要的意外伤害保险，而让机器人来代替职工进行高危作业即经济又降低了人员高空作业的危险系数。从此让工作伤亡事故远离我们的“城市美容师”。同时还可以进行油气输送管道的维修等工作。

“广”、“简”、“新”让我们的“管道攀爬机器人”有着不可预想的应用空间。

5 结论

“管道攀爬机器人”的研发和应用是非常有价值的。减少工作人员忍受尘埃围绕身边的痛苦；可以在空间狭小发现问题并解决问题；减少高空作业的危险。机器本身构造简单，简单的更换机械手臂抱环后可以对原来人工不能检查的一些管道进行内部检测，特别是在管道的检测中作用尤为突出，还可以对已使用的管道在不停水的情况下进行检测，不仅不影响被检测管道的正常运行，而且检测结果清晰、准确，相比人工作业，工作效率可提高一倍以上。相比大型工程机械，价格低廉，维护简单，适合进行批量生产，经济效益可观。

TP242

A

1004-7344（2016）32-0238-02

2016-10-9

赵兴朝（1985-），男，助理工程师，本科，主要从事燃料管理工作。