管道机器人需求分析
报告
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1需求背景随着现代化城市建设和发展，在城市的地下布置着大量的管道。尤其在近现代，管道作为一种重要的资源输送设施，给人们的生活和生产带来里极大的便利。因此得到了广泛的应用。随着管道使用年限的增长，管道的腐蚀老化或者外力破坏作用等因素都会造成管道破裂，泄漏，或者管道内部输送物质粘附物沉积在管道内壁使得管道有效工作面积减小甚至阻塞，所以需要定期的对管道使用状况进行检测和维修。但是大量的管道系统受到空间的限制或者安装的特殊环境要求，无法直接进行检测和维修。管网改造不像道路改造那么直观，各方面问题交织。一方面，由于管网敷设于地下，还有埋深限制，且在老城区内街道一般狭窄，路面交通量较大，通信、电力与给排水管网交错复杂，因此施工难度大；另一方面一般来说，老城区、乡村缺乏可靠的竣工资料，因此，错挖的现象时有发生。对于这样的管道，给传统的检测方法带来了巨大的挑战。管道机器人的运用是一个切合实际的切入点，于是管道机器人代替人工进行管道的检测维修能够大量节省管道的维护管理费用和避免人工维修带来的潜在风险，具有重要的现实意义和社会实用价值。机器人作业范围给排水管道。报告目的编写目的此份需求
分析报告
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是为管道机器人在给水供应管道系统，排水管道系统而编写的。旨在建立一个高效率、高准确率、适用性好的机器人系统。借助机器人终端或计算机进行控制和信息管理。在很大程度上提高管理水平。开发目的及意义传统的管道检测维修方法主要采用：（a）全面挖掘法，即将要检测维修的管道全部从施工现场拆卸下来，然后采用特定的方法进行检测维修或者更换。此方法的缺点工程量巨大，费用高。（b）随机抽样法，即从整套管道系统当中采用随机抽取样品的方法拆卸一部分管道来进行检测，从而判断整套管道系统的使用情况。此种方法的缺点为具有随机性、准确率低。特别是一些重要性和安全性要求很高的管道系统，目前很多都是采用提前报废更换的方法进行处理，从而造成了资源的巨大浪费。机器人的设计需求要求研究设计的管道机器人能够进入管道内部，对管道内部的质量进行检测和修复。4.1功能设计需求管道机器人弯道通过性、管内障碍通过性。管道机器人在管道内部运动，完成各种作业功能过程中，会遇到各种各样的管道障碍，比如管道自身的弯道支道障碍、管道内壁沉淀的污垢障碍、大坡度或垂直布置的管道障碍等。可量化（测量管径、裂缝宽度等）分析和判读，能够检测管道的破裂，腐蚀以及焊缝质量情况。在恶劣环境下，对管道进行清扫、喷涂、焊接、内部抛光等作业；对旧管道系统进行检测或修复等。机器人能够适应管道管径变化，涉水，潜水作业。并准确定位机器人位置。在供水管道内部腐蚀，残留污垢进行清理清洗。具有视觉监视功能，能够看到管道内部的实际工况。并进行影像监视、
记录
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、视频回放、图像抓拍及视频文件的存储等功能。管道机器人性能需求管道机器人的设计、加工、装配以及控制系统软硬件模的搭建工作都完成后，针对项目的研究内容和性能指标进行一系列的实验，目的是为了验证结构设计的合理性，控制系统各功能模块的可靠性及控制策略的可行性。通过对管道机器人进行（a）最大速度测试、（b）转弯半径测试、（c）负载能力测试、（d）越障能力测试、（e）纠偏能力测试和（f）拖缆力测试等实验来对机器人进行各项性能评估来保障符合在管道内作业的要求。测试的方法可以按照以下进行但不限于：4.2.1最大速度测试实验：机器人空载，分别在室内地面，室外水泥地和管道内以最大速度前进，进行最大速度测试实验。测量记录如下
表
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（一）运行环境行走距离（m）测试次数耗时（s）最大速度（m/min）室内地面123平均值水泥地面123平均值管道内123平均值422转弯半径测试实验：机器人在水泥地面移动，以一定速度进行90°转弯，测试其稳定性。测量记录如下表（二）行走状态测量次数行走距离（m）耗时⑸转弯速度（m/min）转弯半径（m）冋向差动112233平均值反向差动112233平均值4.2.3负载能力测试实验：机器人安装承载架，携带负载分别在室内地面，室外水泥地和管道内进行，测量记录如下表（三）。运行环境行走距离室内地面水泥地面管道内4.2.4越障能力测试实验：分别在实验室地面，室外水泥地面和管道内设置不同高度的障碍物，机器人以同一速度进行越障测试，测量记录如下表（四）运行环境越障极限高度（mm室内地面水泥地面管道内425纠偏能力测试实验：机器人在管道内前进，从管道一端行进到另一端，在此过程对机器人进行纠偏能力测试，测量记录如下表（五）偏离方向测量次数ai(°)a2(°)|ai-a2|(°)x（管道水平方向）123平均值Y（管道垂直方12（吕道垂直方向）3平均值4.2.6拖缆力测试实验：机器人不带任何负载，分别在室内、水泥地面和管道内用弹簧秤进行测量，记录在表（五）运行环境测试次数拖缆力（KG室内地面123平均值水泥地面123平均值管道内123平均值给排水管道系统作业流程机器人按照瘩定执行慘隈fr业1信息反锁］「决榮图4-1管道机器人系统作业流程图管道机器人系统作业说明在管道井将机器人放入，机器人上装备控制和检测单元，与地面的计算机监控设备进行通讯，实现实时传输、监控的作用。机器人沿管道进行数据采集，并实时向地面终端传输数据。数据采集主要内容是地下管线走向、埋设深度、管径、管长、管内流速、坡度、测量、计算出各类井、点的平面坐标以及地面高程，确定与其它管道之间的距离。地面终端对采集的数据进行可视化模拟，随着机器人的行进模拟出整段管道的详细图像最终生成地下管网的三维图像并进行数据备份、整理。对管道做出详细的信息记录和动态模拟，达到便于检测维修的目的。分析系统数据，对地下管网运行状况进行评估，标记出运行状况不佳的管线,并向相关部门反映情况，由相关部门采取应对措施在提供数据反馈后，对标记管段进行二次数据采集，再次分析数据，判断管网运行状态是否良好（由地面控制系统直接遥控机器人进行维修清理，堵塞处进行机械疏通，泄漏处则进行补漏措施，实时反馈数据直至管网运行状态恢复良好）。机器人完成作业后，从管道井取出。由专业人员对机器人进行维护与检修。
浙公网安备 33021202002483