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智能攀爬器项目

2017-5-24 14:51:28      点击:

智能攀爬器项目

 一、 项目介绍

    智能攀爬器又称为壁面移动机器人,可以在垂直墙壁上攀爬并完成超极限作业的自动化装置,可以代替人工在高空,有毒、有害、辐射等高危环境下进行特种作业。长期以来,我公司针对攀爬机器人的研究,并经过大量的实践和多次改进最终制订了《智能攀爬器项目》,其关健技术申报了专利、软著等知识产权保护。

1.1本项目国内外科技创新发展概况和最新发展趋势

    目前我国清华、交大、哈工大等高校都在积极研究探索智能攀爬器的实际应用,作为国家863计划中的一个重大课题进行攻关,并取得了很大成绩。

  由于传统智能攀爬器具有很多的不足之处(如对壁面的材料和形状适应性不强,跨越障碍物的能力弱,体积大,质量重等),因此本公司研发的智能攀爬器的结构逐渐向着实用化、大载荷的方向发展,从而呈现出新的发展趋势。

    最近几年,美、英、俄、日、加等国的研究小组,在移动机器人项目中,轮式和履带式移动方式已获得广泛的应用,并且机器人的磁轮系自由度可以使机器人的运动更加灵活,对凸凹不平的地形适应能力更强。智能攀爬器的发展方向将朝高精度、高可靠性、直接驱动、新原理、新结构、机电一体化、超微化及智能化方向发展。

1.2  本项目研究的目的、意义

  机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合产物,是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物,它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备。机器人技术的出现和发展,不但使传统的工业生产和科学研究发生革命性的变化,而且将对人类的社会生活产生深远的影响。

  目前,国内外船体及油罐等的探测、清洗,喷漆施工;电站锅炉炉膛内部的水冷壁的检测、探伤、喷涂防磨、电厂脱硫塔内施工等工程均采用人工进行,速度慢,污染严重,工作效率低,其对工人的健康,安全构成了极大威胁。采用机器人能够载负足够的设备或人员高速安全可靠地完成清洗、除锈、喷漆、检测、探伤、喷涂、维护等工程。对表面工程行业的发展可做出巨大的贡献。

  本项目的研究可以适应各种形状的金属壁、管、钢丝绳、船体、油罐、电站锅炉炉膛等,产业前景及规模优势极大。且本项目对环境无污染,属低碳项目,实施本项目极大地改善工人的工作环境和繁重的体力劳动,使操作工人脱离了粉尘,有毒的现状。

1.3 本项目研究现有起点科技水平及已存在的知识产权情况

    我公司开发的多功能柔性磁吸附攀爬器,改进了目前轮式智能攀爬器吸附力小及永磁履带吸附式机器人转向困难的性能缺陷,极大改进并提高了机器人的整体性能,本项目是该技术领域的重大创新及突破,具有国际国内领先水平,可以携带足够重的设备,高速,安全可靠地完成相关工程作业,使本产品更具有工程实用价值及广阔的市场前景。

  本项目最突出优点在于机器人对壁面的吸附力大于履带式,同时又保持了轮式机移动灵活,而且磁体本身并不与工作面接触,避免了磁体材料的易碎。极大的提高了爬壁型工业机器人的整体性能,满足载负足够重量(例:体积750*750*400mm,重量85kg,可载重500Kg以上)的设备高速,安全,可靠作业。此攀爬器也可以此作为作业平台,加挂载人装置实施人工作业。 

  该技术是一种柔性全方位转向行走机构,能在垂直导磁壁面上上行及下行,并可以小于0.1米的转弯半径进行360度任意转弯,可携工具或仪器仪表代替人工在高空危险的垂直导磁壁面进行作业。

  目前本公司已成功的将无线遥控技术应用到智能攀爬器上,并且开发出数据回传单片机和软件相结合,该技术成功的应用将会使智能攀爬器的运用范围得到较大的扩展。

  另外,智能攀爬器已处于起步应用阶段,随着微电子技术及计算机技术的发展和移动机器人应用领域的不断拓展,机器人编程智能化是本公司积极研究的目标,现可以加载无线模块传感器,如定位(GPS、磁控、gprs、CCD),物联网卡,高度湿度温度,云台,6轴机械臂,超声波红外激光测距等,更多功能正在研发中,也欢迎您的指导加入,共同向前。

二、本项目的拓展研究:

    拓展研究方向:史上最安全的电梯,长距离多功能管道机器人,悬浮桥钢索及斜拉索大桥钢索检测及防护机器人,无损检测机器人。

2.1史上最安全的电梯

    利用此智能攀爬器的原理制造的电梯可以取代目前常规的电梯动力系统,无需悬吊装置等根据此原理即使设备失电,电梯设备也不会坠落,而且乘客通过设备的设置可以自救。造价也大大低于现有的常规电梯,利用此技术可以颠覆目前常规的电梯技术。

2.2长距离多功能管道机器人

  随着智能攀爬器的不断成熟,在我们自有知识产权的关健技术的基础上我公司的科研人员又着手研发了用于长距离管道不开挖对管道内部进行清理、检测、探伤、修补、涂敷等多功能管道机器人。

  管道运输在工业、核设施、石油天然气、军事装备等领域中运用比较普遍,管道长期处于恶劣环境中,受到水、油混合物等及各种有害物质的腐蚀。这些管道受蚀后,管壁变薄、出现蚀坑、穿孔及裂缝等,造成管道泄漏,因此在生产上存在着重大安全隐患从而造成重大经济损失。另外,在输水、输油管道中,管壁上易形成一些诸如钙镁盐结晶垢、原油中析出的腊等垢类,使其有效过流截面加速减少、阻力加大以及电耗增加,直接威胁生产系统的安全运行。因此,利用管道机器人解决诸如此类的上述问题是一种较好的方法。

2.2.1  国内外管道机器人现状

  目前,国内外管道机器人的研究成果已经很多,使用的管道机器人只能在干燥的管道内带小负荷工具短距离水平行走,主要用于宾馆、商场、办公楼等空调风道的清扫工作。

  即使现有专利的管道机器人,其主要结构以轮式、履带式为行走机构,只能水平行进,不具备大载荷在管壁上上下爬行的能力,尤其是不能在垂直管道和有水有油污的环境中工作行走,极大的限制了其使用范围。

  现在煤矿井下输水管道和海洋油田的海底输油(水)管线经过服役多年后因其管道内壁结垢或结腊,其通流面积大大的下降(针对相关管道的测量其通流面积减少80%),严重影响输送效率。同时由于管道内壁的沉积物使管道内壁不同程度地腐蚀。因此,为了提高管线的输送效率和使用寿命必须对管道内部和管内壁进行定期清理和防腐、检测,用已有技术是无法解决以上难题,所以市场急需一种能在有水有油的管道内携带设备长距离平行或垂直管道内行走的新型管道机器人进入实际应用领域。由此我公司设计了一款多功能磁吸附管道机器人。

2.2.2   多功能磁吸附管道机器人

  多功能磁吸附管道机器人集管道内清理、管道检测、管道内施工为一体,功率大、可靠性高,是一款利用自主知识产权设计,灵活小巧、载重量大、可带数百公斤重物在恶劣的环境中的垂直管道内上下行走,克服了现有各种管道机器人的诸多不足,是目前现有管道机器人无法比拟的。

2.2.3 多功能磁吸附管道机器人使用环境

  可以在管道中有水、油等较为恶劣的环境下工作,根据管径的不同配备相应型号的机器人。目前,所设计的多功能磁吸附管道机器人的最大爬行距离为5000 m。

2.2.4   多功能磁吸附管道机器人拖动力

    随着管道机器人在管内移动的距离的增加,特别是长距离拖动相关装置清理管壁结垢层时,如果管道机器人与管壁之间没有足够的附着力,管道机器人的轮子将在管壁上打滑无法前行或后退,因此,利用自主知识产权的技术(已申报国家发明专利),每组轮所提供的附着力可达850N 以上,每台机器人所提供的附着力可达5100N,其拖动力可达5000N——10000N。目前,管道机器人拖动力能达到5000N以上的还没有。

2.2.5   多功能磁吸附管道机器人的用途

2.2.5.1   管道的物理清洗

  管道机器人携带超高压水射流装置在管道内以一定的速度行走,超高压水射流的压力为250Mpa,流量为90L/min。高压水射流清洗不腐蚀管道、不损伤管壁、不污染环境、高效快捷、成本低清洗质量高。

2.2.5.2 管道的检测

  管道机器人携带水下高清晰度的彩色CCD镜头摄像机,或声呐以及其他检测设备,将采集到的管道内部实时影像,管道缺陷等通过线缆或无线传输到主控显示器。同时,主控制器内置的工业控制机可以实时地对影像及采集的信号进行处理并存储在硬盘上,进行事后的编辑和存档及分析。

2.2.5.3 管道内壁的焊补施工

   对于管道内部的缺陷必要的时候需进行管道内焊补施工,管道机器人的机械臂通过机械手携带焊接设备通过管道内的实时影像在缺陷部位进行焊补。

2.2.5.4  管道内壁的防腐蚀

  管道经过清洗、检测、焊补等施工后需对清洗修复后的管线进行内防,管道机器人的机械臂通过机械手携带喷涂或涂敷工具通过管道内的实时影像在缺陷部位进行喷涂、涂敷。

2.2.6 多功能磁吸附管道机器人的应用前景

  目前,多功能磁吸附管道机器人的设计制作已进入攻坚阶段,相关的数据(如实际拖动力、在管道中行走的最大距离、高压射流清理管道污垢的最大距离等)将在试验后得出。但其超大的拖动力将使其可以在长距离管道和垂直管道中进退自如,将给管道机器人领域带来一场崭新的革命。

2.3 悬浮桥钢索及斜拉索大桥钢索检测及防护机器人

    目前,悬浮桥钢索及斜拉索大桥的钢索的长度从几十米到几百米,随着科技的发展,无损检测技术已趋成熟,但定期的外表面防护是一项较为复杂的难题。由于跨海桥梁的钢索受海洋气候中的Cl- 的腐蚀,对于长度为几百米的斜拉钢索用一般的机械可人工方法难以进行有效的防护。

2.1无损检测机器人。

  无损检测机器人可根据需求携带相应的无损检测工具进行在役或安装全检和抽检,可以搭载的常用设备有打磨除锈,视频拍照测量分析,电磁超声,涡流,相控阵,超声波衍射时差法(TOFD),数字射线成像等。DR为例,可以用两台攀爬机器人分别承载工频射线机(或放射源)和DR无线数据采集板,机器人完全可以按要求编程匀速的沿焊缝行驶,设定合适的曝光时间,采集图像回传,实现设计方、甲方、施工方、检测方共同远程网络时事评定,监工等,不仅可以提高效率,更能大大缩短安装工期。

三、结论

    1、以上项目符合国家行业政策,具有自主知识产权,是受重点支持和亟待发展的高科技创新节能环保产品(项目)。

    2、市场前景广阔,需求将稳步增长,并具备出口创汇的潜力。

3、科技含量高,产品综合性能好,能显著提高后期产品性能,用途十分广泛。