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(shí)生活中極為廣泛，無論是家庭、石油儲(chǔ)運(yùn)、天然氣運(yùn)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(fèi)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(jià)昂貴，而且在維修時(shí)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(dòng)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(xiàng)項(xiàng)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(diǎn)空間狹小而要“大動(dòng)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(cái)力將為之耗費(fèi)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(dòng)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(xiàng)項(xiàng)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)?！肮艿琅逝罊C(jī)器人”正是迎合這種未來趨勢而設(shè)計(jì)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(dòng)力系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)、工作平臺(tái)四部分。裝置整體如圖1。

圖1 裝置整體的主視圖

1.1 動(dòng)力裝置

在第一、第三機(jī)械手臂中部分別設(shè)有電動(dòng)機(jī)，提供攀爬動(dòng)力，同步齒輪傳動(dòng)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(gè)手臂成半圓環(huán)形，自動(dòng)鎖閉，減小機(jī)械手的動(dòng)力系統(tǒng)負(fù)荷。

（2）手臂動(dòng)力系統(tǒng)

電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)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(dòng)機(jī)的扭力，使機(jī)器可以牢固的抓住攀爬對(duì)象。

（3）爬升系統(tǒng)

電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)同步齒輪帶動(dòng)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(duì)事故端進(jìn)行作業(yè)。

2 裝置的功能及運(yùn)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(dòng)電焊機(jī)等各種儀器，來對(duì)管道進(jìn)行監(jiān)測、檢測及維修。必要時(shí)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(xiǎn)、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(duì)手臂張開后動(dòng)力裝置將手臂向上提升一定距離，然后第一對(duì)手臂閉合夾緊管道，之后，第二、三對(duì)手臂分別行駛相同的動(dòng)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(shí)始終保持有兩對(duì)手臂夾緊管道，這樣使機(jī)器自動(dòng)攀爬到事故端，三支手臂同時(shí)抱緊等待承載的儀器作業(yè)。當(dāng)工作結(jié)束后，裝置自動(dòng)返回起始位置等待回收或接受下一任務(wù)。每個(gè)手臂成半圓環(huán)形，自動(dòng)鎖閉，它們是攀爬的主體；內(nèi)部設(shè)有電機(jī)，提供動(dòng)力，帶動(dòng)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(duì)使用者進(jìn)行長時(shí)間的繁瑣培訓(xùn)。

3 主要優(yōu)點(diǎn)

“管道攀爬機(jī)器人”的閃光點(diǎn)：

（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(shí)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(diǎn)：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(jià)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(fèi)大量時(shí)間、資源對(duì)在職工作人員進(jìn)行繁瑣培訓(xùn)，只要是會(huì)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(dòng)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(jì)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(yùn)年的到來，各大城市都將城市美化工作提上日程安排，一個(gè)個(gè)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(tái)，浪費(fèi)大量的工作時(shí)間和財(cái)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(píng)論奧運(yùn)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(yùn)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(gè)建設(shè)時(shí)一樣的工作平臺(tái)，那樣既浪費(fèi)資源又影響場館的對(duì)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(tái)機(jī)器人，那么就不再需要每次遇到高空作業(yè)時(shí)耗費(fèi)大量的金錢為職工繳納必要的意外傷害保險(xiǎn)，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(xiǎn)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(shí)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(jià)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(xiǎn)。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(duì)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(duì)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(yùn)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(jià)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。