模块化同步自主变径输气管道机器人的研究设计

郑杰１，２，３,尚祖跃１,窦益华１,杨旭２（１. 西安石油大学机械工程学院　２. 西安特种设备检验检测院　３. 西北工业大学动力与能源学院）

摘要：为了对长时间服役的输气管道进行精准、快速的检测，设计了一种能够实现模块化、同步自主变径、便于搭载检测元件的内检测管道机器人。该机器人搭载ＣＭＯＳ图像传感器及红外反射传感器，可对管内破裂、腐蚀及错口等多种缺陷进行检测，并记录缺陷的具体位置。该管道机器人采用拖揽式的能源供给方式， 驱动模块由电动机带动驱动轮转动，在输气管道内独立运行。通过ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ三维建模，ＡＮＳＹＳ分析以及ＭＡＴＬＡＢ求解得到该机器人的各项参数：额定爬行速度１６ｃｍ／ｓ，最小过弯半径６６０ｍｍ，牵引力不小于４００Ｎ；变径预紧机构采用对称的同步变径式结构， 变径范围可达到３００～４００ｍｍ；机器人尾部设有万向节，可将相同结构串联以实现模块化，同时增加自重，增大牵引力。对管道机器人虚拟样机进行动力学仿真分析，其直管、弯管及竖直管道的速度仿真曲线误差均不超过１０ｍｍ／ｓ，验证了该机器人在直管、弯管及竖直管道都具有良好的通过性。该设计可以为长输气管道的内部缺陷检测提供良好的硬件支持。

关键词 输气管道；管道机器人；模块化；同步自主变径；缺陷检测；动力学仿真