1、管道機器人需求分析報告1 需求背景隨著現代化城市建設和發展，在城市的地下布置著大量的管道。尤其在近現代， 管道作為一種重要的資源輸送設施，給人們的生活和生產帶來里極大的便利。因此 得到了廣泛的應用。隨著管道使用年限的增長，管道的腐蝕老化或者外力破壞作用 等因素都會造成管道破裂，泄漏，或者管道內部輸送物質粘附物沉積在管道內壁使 得管道有效工作面積減小甚至阻塞，所以需要定期的對管道使用狀況進行檢測和維 修。但是大量的管道系統受到空間的限制或者安裝的特殊環境要求，無法直接進行 檢測和維修。管網改造不像道路改造那么直觀，各方面問題交織。一方面，由于管網敷設于 地下，還有埋深限制，且在老城區內街道一般狹

2、窄，路面交通量較大，通信、電力 與給排水管網交錯復雜，因此施工難度大；另一方面一般來說，老城區、鄉村缺乏 可靠的竣工資料，因此，錯挖的現象時有發生。對于這樣的管道，給傳統的檢測方 法帶來了巨大的挑戰。管道機器人的運用是一個切合實際的切入點，于是管道機器人代替人工進行管 道的檢測維修能夠大量節省管道的維護管理費用和避免人工維修帶來的潛在風險， 具有重要的現實意義和社會實用價值。2機器人作業范圍給排水管道。3報告目的3.1編寫目的此份需求分析報告是為管道機器人在給水供應管道系統，排水管道系統而編寫 的。旨在建立一個高效率、高準確率、適用性好的機器人系統。借助機器人終端或 計算機進行控制和信息管理。

3、在很大程度上提高管理水平。3.2開發目的及意義傳統的管道檢測維修方法主要采用：（a）全面挖掘法，即將要檢測維修的管 道全部從施工現場拆卸下來，然后采用特定的方法進行檢測維修或者更換。此方法 的缺點工程量巨大，費用高。（b）隨機抽樣法，即從整套管道系統當中采用隨機 抽取樣品的方法拆卸一部分管道來進行檢測，從而判斷整套管道系統的使用情況。 此種方法的缺點為具有隨機性、準確率低。特別是一些重要性和安全性要求很高的 管道系統，目前很多都是采用提前報廢更換的方法進行處理，從而造成了資源的巨 大浪費。4機器人的設計需求要求研究設計的管道機器人能夠進入管道內部，對管道內部的質量進行檢測和 修復。4.1功能設

4、計需求1.管道機器人彎道通過性、管內障礙通過性。管道機器人在管道內部運動，完 成各種作業功能過程中，會遇到各種各樣的管道障礙，比如管道自身的彎道支道障 礙、管道內壁沉淀的污垢障礙、大坡度或垂直布置的管道障礙等。2.可量化（測量管徑、裂縫寬度等）分析和判讀，能夠檢測管道的破裂，腐蝕 以及焊縫質量情況。3.在惡劣環境下，對管道進行清掃、噴涂、焊接、內部拋光等作業；對舊管道 系統進行檢測或修復等。4.機器人能夠適應管道管徑變化，涉水，潛水作業。并準確定位機器人位置。5.在供水管道內部腐蝕，殘留污垢進行清理清洗。6.具有視覺監視功能，能夠看到管道內部的實際工況。并進行影像監視、記錄、 視頻回放、圖像抓

5、拍及視頻文件的存儲等功能。4.2管道機器人性能需求管道機器人的設計、加工、裝配以及控制系統軟硬件模的搭建工 作都完成后，針對項目的研究內容和性能指標進行一系列的實驗，目 的是為了驗證結構設計的合理性，控制系統各功能模塊的可靠性及控 制策略的可行性。通過對管道機器人進行（a a）最大速度測試、（b b）轉彎 半徑測試、（c c）負載能力測試、（d d）越障能力測試、（e e）糾偏能力測試和 （f f）拖纜力測試等實驗來對機器人進行各項性能評估來保障符合在管道內作業的要求。測試的方法可以按照以下進行但不限于：4.2.1最大速度測試實驗：機器人空載，分別在室內地面，室外水泥地和管道內以最大速度前 進

6、，進行最大速度測試實驗。測量記錄如下表 （一）運行環境行走距離（m）測試次數耗時（s）最大速度（m/min）室內地面123平均值水泥地面123平均值管道內123平均值422 轉彎半徑測試實驗： 機器人在水泥地面移動，以一定速度進行90轉彎， 測試其穩定性。測量記錄如下表（二）行走狀態測量次數行走距離（m）耗時轉彎速度（m/min）轉彎半徑（m）冋向差動112233平均值反向差動112233平均值4.2.3 負載能力測試實驗：機器人安裝承載架，攜帶負載分別在室內地面，室外水泥地和管道內進行，測量記錄如下表（三）。運行環境行走距離室內地面水泥地面管道內4.2.4越障能力測試實驗：分別在實驗室地面，

7、室外水泥地面和管道內設置不同高 度的障礙物，機器人以同一速度進行越障測試，測量記錄如下表（四）運行環境越障極限高度（mm室內地面水泥地面管道內425糾偏能力測試實驗：機器人在管道內前進，從管道一端行進到另一端，在此 過程對機器人進行糾偏能力測試，測量記錄如下表（五）偏離方向測量次數ai()a2()|ai-a2|()x（管道水平方向）123平均值Y（管道垂直方12（呂道垂直方 向）3平均值4.2.6拖纜力測試實驗：機器人不帶任何負載，分別在室內、水泥地面和管道內用 彈簧秤進行測量，記錄在表（五）運行環境測試次數拖纜力（KG室內地面123平均值水泥地面123平均值管道內123平均值5給排水管道系統

8、作業流程圖4-1管道機器人系統作業流程圖管道機器人系統作業說明1.在管道井將機器人放入，機器人上裝備控制和檢測單元，與地面的計算機監 控設備進行通訊，實現實時傳輸、監控的作用。2.機器人沿管道進行數據采集，并實時向地面終端傳輸數據。數據采集主要內 容是地下管線走向、埋設深度、管徑、管長、管內流速、坡度、測量、計算出各類 井、點的平面坐標以及地面高程，確定與其它管道之間的距離。3.地面終端對采集的數據進行可視化模擬，隨著機器人的行進模擬出整段管道 的詳細圖像最終生成地下管網的三維圖像并進行數據備份、整理。對管道做出詳細 的信息記錄和動態模擬，達到便于檢測維修的目的。4.分析系統數據，對地下管網運行狀況進行評估，標記出運行狀況不佳的管線, 并向相關部門反映情況，由相關部門采取應對措施機器人按照瘩定執行慘隈fr業1信息反鎖決榮5.在提供數據反饋后，對標記