管道攀爬機器人

趙興朝

（湖南華電長沙發電有限公司 湖南長沙 410203）

管道攀爬機器人

趙興朝

（湖南華電長沙發電有限公司 湖南長沙 410203）

管道應用在現實生活中極為廣泛，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用。管道的維護就顯得極為重要。在管道應用中有一大部分是架設在高空或豎直架設的很高。維修這些就顯得很費力，很容易帶來人身傷亡，而且現在大部分維修是靠重型工程機械維修第一機器造價昂貴，而且在維修時還很占地妨礙交通，在山區甚至無法使用大型機械。它能夠攜帶檢測器、監測儀、自動電焊機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。

管道維護；攀爬；機器人

引言

因高空作業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”或放棄監測、檢修的現象數不勝數，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。以往行走機器用途單一，維修成本高。而我們的“管道攀爬機器人”的出現，便輕松的解決了這一系列難題，它能夠攜帶檢測器、監測儀、自動電焊機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。

管道攀爬機可以代替高空云梯車搭載工作人員到電線桿頂端進行低壓電網架設，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器材進行作業的麻煩，這就要求我們要有一種可以順利攀爬各種角度的機器人來為我們服務?！肮艿琅逝罊C器人”正是迎合這種未來趨勢而設計研發的新一代載具。

1 裝置的基本結構

“管道攀爬機器人”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、爬升系統、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、第三機械手臂中部分別設有電動機，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）機器主要由三只機械手臂構成；手臂可以自由張開、閉合；每個手臂成半圓環形，自動鎖閉，減小機械手的動力系統負荷。

（2）手臂動力系統

電動機帶動內部螺桿旋轉使手臂后部距離產生變化；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揮了電動機的扭力，使機器可以牢固的抓住攀爬對象。

（3）爬升系統

電動機傳動同步齒輪帶動螺桿旋轉達到各手臂之間距離改變的效果。

（4）可擴展性

管道攀爬機器人可以搭載各種檢測維修裝置對事故端進行作業。

2 裝置的功能及運行原理

功能概述：

“管道攀爬機”主要用于攀爬各種類管道形物體，不受管道角度限制，克服傳統機器只可攀爬單一角度的缺陷。它可以承載監測器、檢測儀、自動電焊機等各種儀器，來對管道進行監測、檢測及維修。必要時可以承載工作人員到指定位置作業。它能搭載其他相關機器工作于危險、狹窄等惡劣環境中，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械手臂構成。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，以達到攀爬的目的。為保證機器能夠安全穩定攀爬，攀爬時始終保持有兩對手臂夾緊管道，這樣使機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。當工作結束后，裝置自動返回起始位置等待回收或接受下一任務。每個手臂成半圓環形，自動鎖閉，它們是攀爬的主體；內部設有電機，提供動力，帶動內部螺桿伸縮，并與外部手臂構成杠桿，利用杠桿原理使手臂張合，從而達到攀爬的目的。

本機器采用蓄電池或太陽能供電，自身耗電少，而且結構簡單，便于后期維護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行長時間的繁瑣培訓。

3 主要優點

“管道攀爬機器人”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境中進行作業。克服了以往行走機器人用途單一、攀爬角度單一的缺陷。因此“廣”成為我們新型行走機器人的閃光處之一。

（2）“簡”也是現代機器所要具有的優點：①“簡”指結構簡單，這就使我們的“管道攀爬機器人”本身的造價低，后期維護方便簡單，維修成本低。②“簡”是指機器本身的操作簡單，在機器投入應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行繁瑣培訓，只要是會從事簡單機械控制的人都可以迅速的掌握機器的控制和基本維護。

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

4 應用前景

（1）隨著城市化進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；城市化建設低壓線路改造，有了我們的“攀爬機器人”就不再需要云梯車跟著工作人員在電線桿上前進，搭載電力工人到桿頂安裝架設支架。

（2）有經濟學專家評論奧運年之后將是中國旅游業迎來嶄新氣象的開始。清潔！改造！是中國近幾年內不可忽視的問題。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的“攀爬機器人”。現在中國大力發展第三產業，家政服務保潔公司已經不是陌生的名詞，如果清潔公司可以購進一到兩臺機器人，那么就不再需要每次遇到高空作業時耗費大量的金錢為職工繳納必要的意外傷害保險，而讓機器人來代替職工進行高危作業即經濟又降低了人員高空作業的危險系數。從此讓工作傷亡事故遠離我們的“城市美容師”。同時還可以進行油氣輸送管道的維修等工作。

“廣”、“簡”、“新”讓我們的“管道攀爬機器人”有著不可預想的應用空間。

5 結論

“管道攀爬機器人”的研發和應用是非常有價值的。減少工作人員忍受塵埃圍繞身邊的痛苦；可以在空間狹小發現問題并解決問題；減少高空作業的危險。機器本身構造簡單，簡單的更換機械手臂抱環后可以對原來人工不能檢查的一些管道進行內部檢測，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行檢測，不僅不影響被檢測管道的正常運行，而且檢測結果清晰、準確，相比人工作業，工作效率可提高一倍以上。相比大型工程機械，價格低廉，維護簡單，適合進行批量生產，經濟效益可觀。

TP242

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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。