管道機(jī)器人需求報(bào)告-格式調(diào)整

1、管道機(jī)器人需求分析報(bào)告1需求背景隨著現(xiàn)代化城市建設(shè)和發(fā)展，在城市的地下布置著大量的管道。尤其在近現(xiàn)代， 管道作為一種重要的資源輸送設(shè)施，給人們的生活和生產(chǎn)帶來里極大的便利。因此 得到了廣泛的應(yīng)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(huì)造成管道破裂，泄漏，或者管道內(nèi)部輸送物質(zhì)粘附物沉積在管道內(nèi)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(duì)管道使用狀況進(jìn)行檢測(cè)和維 修。但是大量的管道系統(tǒng)受到空間的限制或者安裝的特殊環(huán)境要求，無法直接進(jìn)行 檢測(cè)和維修。管網(wǎng)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(wǎng)敷設(shè)于 地下，還有埋深限制，且在老城區(qū)內(nèi)街道一般狹窄

2、，路面交通量較大，通信、電力 與給排水管網(wǎng)交錯(cuò)復(fù)雜，因此施工難度大；另一方面一般來說，老城區(qū)、鄉(xiāng)村缺乏 可靠的竣工資料，因此，錯(cuò)挖的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。對(duì)于這樣的管道，給傳統(tǒng)的檢測(cè)方 法帶來了巨大的挑戰(zhàn)。管道機(jī)器人的運(yùn)用是一個(gè)切合實(shí)際的切入點(diǎn)，于是管道機(jī)器人代替人工進(jìn)行管 道的檢測(cè)維修能夠大量節(jié)省管道的維護(hù)管理費(fèi)用和避免人工維修帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)， 具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)實(shí)用價(jià)值。2 機(jī)器人作業(yè)范圍給排水管道。3 報(bào)告目的3.1 編寫目的此份需求分析報(bào)告是為管道機(jī)器人在給水供應(yīng)管道系統(tǒng)，排水管道系統(tǒng)而編寫 的。旨在建立一個(gè)高效率、高準(zhǔn)確率、適用性好的機(jī)器人系統(tǒng)。借助機(jī)器人終端或 計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和信息管

3、理。在很大程度上提高管理水平。3.2 開發(fā)目的及意義傳統(tǒng)的管道檢測(cè)維修方法主要采用：（a）全面挖掘法，即將要檢測(cè)維修的管 道全部從施工現(xiàn)場(chǎng)拆卸下來，然后采用特定的方法進(jìn)行檢測(cè)維修或者更換。此方法 的缺點(diǎn)工程量巨大，費(fèi)用高。（b）隨機(jī)抽樣法，即從整套管道系統(tǒng)當(dāng)中采用隨機(jī) 抽取樣品的方法拆卸一部分管道來進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷整套管道系統(tǒng)的使用情況。 此種方法的缺點(diǎn)為具有隨機(jī)性、準(zhǔn)確率低。特別是一些重要性和安全性要求很高的 管道系統(tǒng)，目前很多都是采用提前報(bào)廢更換的方法進(jìn)行處理，從而造成了資源的巨 大浪費(fèi)。4 機(jī)器人的設(shè)計(jì)需求要求研究設(shè)計(jì)的管道機(jī)器人能夠進(jìn)入管道內(nèi)部，對(duì)管道內(nèi)部的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和 修復(fù)。4.

4、1 功能設(shè)計(jì)需求1 .管道機(jī)器人彎道通過性、管內(nèi)障礙通過性。管道機(jī)器人在管道內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，完 成各種作業(yè)功能過程中，會(huì)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(nèi)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(cè)量管徑、裂縫寬度等）分析和判讀，能夠檢測(cè)管道的破裂，腐蝕 以及焊縫質(zhì)量情況。3 .在惡劣環(huán)境下，對(duì)管道進(jìn)行清掃、噴涂、焊接、內(nèi)部拋光等作業(yè)；對(duì)舊管道 系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)或修復(fù)等。4 .機(jī)器人能夠適應(yīng)管道管徑變化，涉水，潛水作業(yè)。并準(zhǔn)確定位機(jī)器人位置。5 .在供水管道內(nèi)部腐蝕，殘留污垢進(jìn)行清理清洗。6 .具有視覺監(jiān)視功能，能夠看到管道內(nèi)部的實(shí)際工況。并進(jìn)行影像監(jiān)視、記

5、錄、 視頻回放、圖像抓拍及視頻文件的存儲(chǔ)等功能。4.2 管道機(jī)器人性能需求管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)、加工、裝配以及控制系統(tǒng)軟硬件模的搭建工 作都完成后，針對(duì)項(xiàng)目的研究內(nèi)容和性能指標(biāo)進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)，目 的是為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，控制系統(tǒng)各功能模塊的可靠性及控 制策略的可行性。通過對(duì)管道機(jī)器人進(jìn)行（a）最大速度測(cè)試、（b）轉(zhuǎn)彎 半徑測(cè)試、（c）負(fù)載能力測(cè)試、（d）越障能力測(cè)試、（e）糾偏能力測(cè)試和 （f）拖纜力測(cè)試等實(shí)驗(yàn)來對(duì)機(jī)器人進(jìn)行各項(xiàng)性能評(píng)估來保障符合在管道 內(nèi)作業(yè)的要求。測(cè)試的方法可以按照以下進(jìn)行但不限于：4.2.1 最大速度測(cè)試實(shí)驗(yàn)：機(jī)器人空載，分別在室內(nèi)地面，室外水泥地和管道內(nèi)以最大速度前

6、進(jìn)，進(jìn)行最大速度測(cè)試實(shí)驗(yàn)。測(cè)量記錄如下表 （一）運(yùn)行環(huán)境行走距離（m）測(cè)試次數(shù)耗時(shí)（s）最大速度（m/min）室內(nèi)地面123平均值水泥地面123平均值管道內(nèi)123平均值4.2.2 轉(zhuǎn)彎半徑測(cè)試實(shí)驗(yàn)： 機(jī)器人在水泥地面移動(dòng)，以一定速度進(jìn)行90°轉(zhuǎn)彎， 測(cè)試其穩(wěn)定性。測(cè)量記錄如下表（二）行走狀態(tài)測(cè)量次數(shù)行走距離（m）耗時(shí)（s）轉(zhuǎn)彎速度（m/min）轉(zhuǎn)彎半徑（m）同向差動(dòng)112233平均值反問差動(dòng)112233平均值4.2.3 負(fù)載能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)： 機(jī)器人安裝承載架，攜帶負(fù)載分別在室內(nèi)地面，室外水泥 地和管道內(nèi)進(jìn)行，測(cè)量記錄如下表（三）。運(yùn)行環(huán)境行走距離室內(nèi)地面水泥地面管道內(nèi)4.2.4 越障能

7、力測(cè)試實(shí)驗(yàn)：分別在實(shí)驗(yàn)室地面，室外水泥地面和管道內(nèi)設(shè)置不同高 度的障礙物，機(jī)器人以同一速度進(jìn)行越障測(cè)試，測(cè)量記錄如下表（四）運(yùn)行環(huán)境越障極限高度（mm室內(nèi)地面水泥地面管道內(nèi)4.2.5 糾偏能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)：機(jī)器人在管道內(nèi)前進(jìn)，從管道一端行進(jìn)到另一端，在此過程對(duì)機(jī)器人進(jìn)行糾偏能力測(cè)試，測(cè)量記錄如下表（五）偏周方向測(cè)量次數(shù)a()a2（。）|ai-a2|(。)x（管道水平方向）123平均值Y12（呂坦把口力 向）3平均值4.2.6 拖纜力測(cè)試實(shí)驗(yàn)：機(jī)器人不帶任何負(fù)載，分別在室內(nèi)、水泥地面和管道內(nèi)用 彈簧秤進(jìn)行測(cè)量，記錄在表（五）運(yùn)行環(huán)境測(cè)試次數(shù)拖纜力（KG室內(nèi)地面123平均值水泥地面123平均值管道內(nèi)1

8、23平均值5給排水管道系統(tǒng)作業(yè)流程機(jī)器人校放地面搜端控制機(jī)器人筱照指定執(zhí)行修復(fù)作業(yè)管網(wǎng)信息采堆實(shí)時(shí)傳峨1管道走向 工管材 工埋深4臂徑 工坡度更怎淆息 傳輸粒戢.L信思由繃后多決策圖4-1管道機(jī)器人系統(tǒng)作業(yè)流程圖管道機(jī)器人系統(tǒng)作業(yè)說明1 .在管道并將機(jī)器人放入，機(jī)器人上裝備控制和檢測(cè)單元，與地面的計(jì)算機(jī)監(jiān) 控設(shè)備進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸、監(jiān)控的作用。2 .機(jī)器人沿管道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并實(shí)時(shí)向地面終端傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集主要內(nèi) 容是地下管線走向、埋設(shè)深度、管徑、管長、管內(nèi)流速、坡度、測(cè)量、計(jì)算出各類 井、點(diǎn)的平面坐標(biāo)以及地面高程，確定與其它管道之間的距離。3 .地面終端對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化模擬，隨著機(jī)器人的行進(jìn)模擬出整段管道 的詳細(xì)圖像最終生成地下管網(wǎng)的三維圖像并進(jìn)行數(shù)據(jù)備份、整理。對(duì)管道做出詳細(xì) 的信息記錄和動(dòng)態(tài)模擬，達(dá)到便于檢測(cè)維修的目的。4 .分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對(duì)地下管網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)估，標(biāo)記出運(yùn)行狀況不佳的管線, 并向相關(guān)部門反映情況，由相關(guān)部門采取應(yīng)對(duì)措施。5 .在提供數(shù)據(jù)反饋后，