基本信息
- 項目名稱：
- 智能控制管道超聲波探傷機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品為基于雙PLC智能控制系統(tǒng)的螺旋式前進機器人，可利用超聲波對管道進行無損探傷，并將探傷波形進行實時傳輸和智能分析。
- 詳細介紹：
- 本作品由控制系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)，探傷系統(tǒng)構成，探傷系統(tǒng)采用四通道超聲波探傷，探傷波形經無線傳輸系統(tǒng)交換給電腦控制終端，電腦控制終端可以實現(xiàn)對驅動系統(tǒng)和探傷系統(tǒng)的智能控制，具有高效穩(wěn)定；靈敏度高、穿透力強；探傷靈活、效率高、成本低、對人體無害；傳輸距離遠；穩(wěn)定性和可靠性高，便于故障救援探傷等突出優(yōu)點。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的: 管道運輸是當今五大運輸方式之一,主要應用為化工、輸油、輸氣，管道直徑范圍從160mm到1000mm以上。由于內外介質的腐蝕、重壓、地形沉降、塌陷等原因，管道不可避免地會出現(xiàn)損傷。目前小管徑和埋地管道維護主要依賴人工或管道外半自動化探傷，難度大、效率低、成本高，通過智能控制和管道內行走機器人可以較好的解決上述問題。 基本思路： 本作品由控制系統(tǒng)，驅動系統(tǒng)，探傷系統(tǒng)構成，探傷系統(tǒng)采用四通道超聲波探傷，探傷波形經無線傳輸系統(tǒng)交換給電腦控制終端，電腦控制終端可以實現(xiàn)對驅動系統(tǒng)和探傷系統(tǒng)的智能控制 創(chuàng)新點： 1研制出基于智能控制和超聲波技術的管道探傷機器人 2通過智能控制，實現(xiàn)行走模式和無盲區(qū)探傷模式的自動切換 3雙PLC控制系統(tǒng)，穩(wěn)定性高，可解決機器人故障救援問題 技術指標： 1研制的移動式探傷儀，單探頭探傷圓直徑為25mm，增益范圍0dB -110 dB 2在行走模式下，前進速度為9m／min，單周探傷面積為872cm2 在探傷模式下，前進速度為6m／min，單周探傷面積為581cm2 3管道機器人控制系統(tǒng)核心控制器STC12C2052ad，運行速度為普通51單片機的12倍，工作頻率可達35MHz。內部集成了10位模數(shù)轉換器和4路PWM波發(fā)生器，省去了外部連接，為探傷檢測和驅動電機提供了方便。
科學性、先進性
- 現(xiàn)階段國內管道探傷多采用人工或半自動化管道 外檢測，自動探傷機器人尚處于實驗性研究階段，且多數(shù)探傷機器人適用范圍窄，工作條件要求苛刻，遠達不到實際工作要求。目前同類產品常采用的驅動模式為全驅動直進式、電磁驅動式、壓電驅動式以及履帶式等，探傷方式多為X、γ射線，磁力探傷，波形傳輸通過電纜傳輸，控制系統(tǒng)為單系統(tǒng)；本作品采用螺旋驅動式、超聲波探傷模式、無線電傳輸、雙系統(tǒng)控制，相比之下具有以下優(yōu)點：高效穩(wěn)定；靈敏度高、穿透力強；探傷靈活、效率高、成本低、對人體無害；傳輸距離遠；穩(wěn)定性和可靠性高，便于故障救援探傷。
獲獎情況及鑒定結果
- 2009.4， 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”學校選拔賽一等獎 2009.6， 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”山東賽區(qū)選拔賽特等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
作品可展示的形式
- 實物及現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明及技術特點優(yōu)勢： 管道機器人在管道里放好后PC給單片機一個前進指令，單片機接到指令后通過電機驅動器使前輪后輪驅動電機正傳實現(xiàn)前進，同時控制軸向電機開始旋轉，通過超聲波探頭開始探傷。前進的過程中如果發(fā)現(xiàn)焊縫可疑點則通過控制使管道機器人慢速后退A段，然后再前進，同時單片機開始把檢測到的信號和可疑點的位置通過無線模塊發(fā)送到電腦上。電腦通過串口接受數(shù)據后通過數(shù)字濾波等處理最后把可疑點出的探傷波形畫出來。并顯示可疑點的位置。 適用范圍： 適用于化工、輸油、輸氣等管徑范圍在160~1000mm管道，且允許管道內部直徑有微小變化 市場前景： 目前，我國長距離輸送管道總長度約200萬km 國家重點工程“西氣東輸”工程，主干線管道全長4167km，主管線和城市管網投資將突破1000億元，我國輸油管道探傷機器人產品遠不夠成熟,目前為止,全國僅從國外引進少數(shù)試驗性探傷系統(tǒng),遠不能滿足需求。本作品可以較好的滿足自動化探傷需求，填補了此項空白。
同類課題研究水平概述
- 對較長距離管道內部檢測技術的研究始于2O世紀5O年代。8O年代隨著機器人學、計算機、傳感器、現(xiàn)代控制理論和技術的發(fā)展，為管道檢測機器人的應用提供了可靠的技術保證。進入2O世紀9O年代，自動超聲檢測技術與計算機聯(lián)系更加緊密，各種智能檢測機器人不斷涌現(xiàn)，開創(chuàng)了機器人檢測的新時代 。世界各工業(yè)發(fā)達國家相繼研制了多種類型的管道檢測機器人。日本關西電力株式會社開發(fā)了適用于管徑288~388mm、管長100m 的海水管道檢查履帶式機器人，該機器人通過沿徑向分布的履帶在水平管和垂直管內自主行走，移動速度為5m／min；日本大阪燃氣株式會社研制成功內置磁鐵輪式煤氣管道檢測機器人，它可沿直管和彎管走，適用管徑15O～600mm，行走速度5m／min，采用光纜通訊，但由于攜帶的蓄電池電能的限制，還不能實現(xiàn)較遠的行走。美國CUPER公司也研制了用于天然氣管道檢測的機器人。管道檢測機器人最基本的結構就是要有靈活可靠的行走系統(tǒng)、高度自治的控制系統(tǒng)、智能化的傳感器和視覺系統(tǒng)。管道檢測機器人是一種融合了多種先進技術的自動檢測設備，其發(fā)展依賴于其它前沿學科和先進技術的發(fā)展。隨著電子、計算機、信號處理、模式識別、人工神經網絡等技術的不斷進步以及各種先進的超聲傳感器的開發(fā)，管道檢測機器人將大范圍地進入檢測實用階段。 國內管道無損檢測自動化技術的發(fā)展：我國管道無損檢測技術從20世紀80年代初開始，在國家863計劃的支持下，取得了一定的成果。我國對管道機器人的研究尚處于實驗性研究階段，管道檢測還主要依靠從國外引進X射線檢測儀器和設備。1998年，盤錦北方無損檢測公司成功研制出X射線管內ZP3爬行器，并在蘇丹輸油管道建設中投入了應用。該管道全長1500km，直徑711mm，要求管道對接焊縫檢測，總檢測量將達15萬道口以上。實踐證明，該爬行器操作維護簡單，工作穩(wěn)定可靠，定位精度滿足使用要求，照相質量符合美國API1104—94標準，完全達到進口產品的使用效果，將是我國“西氣東輸”工程中1標段、2標段、15標段、23標段、成渝支線中的主要檢測設備。雖然我國可以完成國內外管道鋪設過程中的檢測，但所使用的檢測技術與設備和國外相比尚有差距，檢測手段單一，且檢測效率較低。 本作品采用智能控制，大大提高了探傷效率，并且運行穩(wěn)定性高，檢測圖像可靠，定位準確，在管道探傷領域有廣闊的應用前景。
