小口径管道无缆型超声波检测系统总体设计及实验研究
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摘要
结合小口径在役石油管道检测机器人的研制，全面阐述了小口径无缆型超声波检测机器人技术。介绍小口径管道无缆型超声波检测机器人的总体方案，并分别设计了其三个分系统：管内超声波检测系统、管外液压控制系统及管外计算机数据分析系统。
为模拟检测机器人的实际工作环境，在实验室条件下，设计了实验用检测机器人的结构和实验室液压控制回路。
在实验室内对提出的检测方案进行了实验，实验结果表明检测方案是完全可行的，其检测精度达到了国内先进水平。并对检测过程中出现的问题进行了系统的分析，总结出了影响机器人检测精度的若干重要因素，提出了解决异常情况的方案。论文最后对以后的研究工作进行了展望。
Robot is researched widely, which uses ultrasonic to inspect narrow petroleum pipe without cable. The whole design scheme of the robot is introduced first, then its three subsystems: ultrasonic inspect subsystem inside, hydraulic pressure control subsystem outside and computer data processing subsystem.
In order to simulate the working environment of the inspect robot, testing robot and hydraulic pressure control subsystem is designed.
Some experiments are carried out to test inspecting plan of the robot. The results make clear that the plan is a reasonable solution to inspect the petroleum pipe. Some important factors, which effect robot working smoothly, are summarized, and several measures are also put forward to solve the abnormalities. Expectations are given in the end of the paper.
为模拟检测机器人的实际工作环境，在实验室条件下，设计了实验用检测机器人的结构和实验室液压控制回路。
在实验室内对提出的检测方案进行了实验，实验结果表明检测方案是完全可行的，其检测精度达到了国内先进水平。并对检测过程中出现的问题进行了系统的分析，总结出了影响机器人检测精度的若干重要因素，提出了解决异常情况的方案。论文最后对以后的研究工作进行了展望。
Robot is researched widely, which uses ultrasonic to inspect narrow petroleum pipe without cable. The whole design scheme of the robot is introduced first, then its three subsystems: ultrasonic inspect subsystem inside, hydraulic pressure control subsystem outside and computer data processing subsystem.
In order to simulate the working environment of the inspect robot, testing robot and hydraulic pressure control subsystem is designed.
Some experiments are carried out to test inspecting plan of the robot. The results make clear that the plan is a reasonable solution to inspect the petroleum pipe. Some important factors, which effect robot working smoothly, are summarized, and several measures are also put forward to solve the abnormalities. Expectations are given in the end of the paper.
引文
1 潘家华．普及和发展我国管道内检测技术．油气储运．1996，15(3)：1～4
2 高福庆．管道检测的必要性．管道技术与设备，1998(1)：40～42
3 Asano M, Matsuoka T, Okamoto H, et al. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 1995,2955
4 高福庆．管道内检测技术应用及发展．石油规划设计．2000，11(1)：40～41
5 Gong Z, Tan M, Wang T, et al. Some of the Research and Development on Micro Robotics and Systems in China,Preoceedings. In:IAPR 2nd International Workshop on Micro Robotics and Systems. 1988,22,1
6 Hayashi I, Iwatsuki N, and Morikawa K ,et al. An Inpipe Operation Microrobot Driven Based on the Principle of Screw. In: Proceedings of International Symposium on Micromechatronics and Human Science. 1997,125
7 邓宗全，陈明．管内机器人研究中的几项新技术．高技术通讯．1994，(5)：12～14
8 刘大维，彭商贤，龚进峰．地下管道检测移动机器人的发展现状．吉林工业大学学报，1998，28(1)：109～112
9 李元宗，史贵柱，武利生．管内步伐式行走机器人．机器人，1998，20(5)：356～361，367
10 李昱，章亚男，陈方泉等．管内作业的微小型机器人．管道技术与设备．2000，(4)：7～11
11 张永顺．国外微型管内机器人的发展．机器人．2000，22(6)：506～513
12 K.Tomita,A.Takagi,S.Kutita. Development of Inspection Robots for Small Pipe Lines. The Hitachi Hyoron. 1986,68(10):31～34
13 Sun Linzhi, Sun Ping, Qin Xinjie, Wang Cunmin. Micro Robot in Small Pipe With Electromagnetic Actuator. Proceedings of the International Symposium on Micromechatronics and Human Science. 1998:243～248
14 Takahashi M, Hayashi I, ET AL. Journal of Precision Engineering. 1995,61(1):90
15 J.Vertut, P. Marchal.Vehicles with wheels and legs: the in-pipe Remote Inspection Vehicle and his family. 3rd Symp on Theory and Practice of Robot and Manipulators. 1978:476～487
16 Kanigaichi H. Development of Self-proplled Pipeline of Inspection System.Robot,(Japan),(51): 91～97
17 Sasaki T, Hasegawa Y, Ozawa K.Application of Self-pro;elled Devices to In-Piping Inspection Technology. Robot,Japan,51:98～103
18 Aoshima S, Morimitsu T, Tsujimura T. A Study of a Midget Mobile Robot in a Thin Tube Using Piezo vibration. Trans-actions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1989,(516); 1934～1940
19 Mofimitsu T, Sakta H, Nomura Y. A Study on a Vibration Bristled Vehicle for Small Pipes. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers,1987,(489): 1022～1027
20 Yamaoto S, Sato K, Kikuchi K, Matui T. A Study of a Pipe Inside Mover with Elastic Briseles. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1991,(540):2675～2678
21 Yoshida M, Suzuki N, Hagil A,stal. Developoment of Pipeline Inspection Pig.Nippon Kokan Technical Report, 1988.121:37～43
22 Akinari Fujita. Development of Onspection Robots for Gas Pipeline.Robot,Japan,59:72～79
23 M.Yoshida, K.Endo,N.Masuda eatal. Corrosion Inspection Pig for Gas Pipeline.NKK Technical Report. 1990,(133):43～48
24 邓宗全，孙序梁，刘成林．管内行走机器人机构的研究．机器人．1989，(3)：45～48
25 周晓，张晓华，邓宗华，张福恩．管内作业机器人的发展与展望．机器人．1998，20(6)：471～478
26 Miura M,Fujisawa T. Developoment of Inspection Robot for Penstocks.Nippon Kokan Technical Report, 1987,118:83～86
27 Kenichiroh Tsutiya,Terul Yahata，自走式X线装置开发现场适用．配管技术，1994，(9)：99～106
28 Sasaki T, Hasegawa Y, Ozawa K. Application of Self-propelled Devices to Inpiping Inspection Technology. Robot, Japan, 51:98～103
29 孙萍，孙麟治．细小管道爬行器的研究与开发．机电一体化．2000，6(5)：31～33
30 Takahashi Masaki, Hayashi Iwao, Iwstsuki Nobuyuki. Development of an Inpipe Micro-robot Applying the Motion of an Earthworm. Proceedings of the International Symposium on Micro Machine and Human Science, City of Nagoya, Chubu Industrial Advancement Center, 1994:35～40
31 Iwashina Shigeru, Hayashi Iwao, Iwatsuki Nobuyuki. Development of in-pipe Operation Micro Robot. Proc Int Symp Micro Mach Hum Sci,IEEE,PISCATAWAY, NJ,(USA), 1994:41～45
32 Hayashi Iwao, Iwatsuki Nobuyuki. Micro Moving Robotics. Procedings of the International Symposium on Micromechatronics and Human Science. 1998:41～45
33 S.Yamamoto, K.Sato, H.Fukushima, H.Saito. A Study of Pipe Inside Mover with Elastic Bristles. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. 1988,54(506):2471～2474
34 S.Yamamoto, K. Sato, K.Kikuchi, T. Matui. A Study of Pipe Inside Mover with Elastic Bristles. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers.1991,57(540):2675～2678
35 日立制作所．配管内自由移动检查洗净利用．Nikkei Mechanical，1984，4：68～459
36 张永顺．国外微型管内机器人的发展．．机器人．2000，22(6)：506～513
37 Morimitsu T, Sakata H, A Study of a Vibration Bristled Vehicle for Small Pipes. JSME Insternational Journal, Series Ⅲ, 1988,10:15～21
38 张永顺．水泥砂浆衬里补口作业机器人技术及理论的研究．哈尔滨工业大学博士论文，1999
39 杨志刚，何文地，康小涛．微小型移动机器人平移驱动机构的研究．机器人．1995，17(4)：200～205，217
40 张永顺，邓宗全，毕德学，吴湘，蔡鹤皋．一种可越过管内凹形障碍的双驱动多轮移动载体的研究．机器人．1998，20(5)：352～355
41 孙麟治，孙萍，秦新捷，王存敏．细小管道内爬行的微机器人．光学 精密工程．1998，6(5)：57～63
42 钱晋武，章亚男，孙麟治，苏建良，秦新捷．螺旋轮驱动的细小管内移动机器人研究．光学 精密工程．1999，7(4)：54～58
43 吕恬生，宋钰．小口径管内蠕动式移动机构的运动模拟和动力学分析．机器人．1995，17(1)：42～47
44 孙建宇，杨向东，汪劲松等．新型水下管道自动清淤机器人．给水排水．1997，23(3)：54～55
45 刘方湖，马培荪．一种可越过凸凹障碍的仿医蛭管内微型机器人．上海交通大学学报．2000，34(10)：1361～1364
46 钱晋武，章亚男，沈林男，程维明，杨建鸿，李劲松，叶琛，卞雪飞．微小管道探测机器人系统．高技术通讯．2001，2：92～94
47 程良伦，杨宜民．一种新型管道内微型机器人的研究．机器人．1999，21(4)：249～255
48 Emie Holden. The changing role of inspection. Pipes & Pipelines International.1997,10:35～43
49 H. Goedeoke. Corrosion surveys with the UltraScan pig. CORROSION PREVENTION & CONTROL. 1990,4:33～36
50 D.G. Jones. Smart Pigs Assess Reliability Of Corroded Pipelines. Pipeline & Gas Journal. 1995,3:32～33
51 龙伟，周明，黄杰．在役管道超声检测系统的现状及发展趋势．中国机械工程，1996，7(2)：52～54
52 Purinton R.A Real-time Pig Train Monitoring and Data Acquisition System.Pipes & Pipelines International. 1986,31(5); 17～18
53 George C Williamson, W Mark Bohon. Evaluation of ultrasonic intelligent pig performance: inherent technical problems as a pipeline inspection too1-part 1.CORROSION PREVENTION & CONTROL. 1994,12: 148～152
54 《超声波探伤》编写组编著．超声波探伤．新1版．北京：水利电力出版社，1985
55 全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核委员会组织编写．超声波探伤．第1版．北京：劳动人事出版社，1989
56 北京技术交流站编．超声波探伤原理及其应用．第1版．北京：机械工业出版社，1982
57 胡天明主编．超声波探伤与锅炉压力容器基础题解．第1版．北京：水利电力出版社，1992
58 [日]无损检测学会编．超声波探伤A．第1版南京：江苏科学技术出版社，1980
59 李国欣．新型化学电源导论．第1版．上海：复旦大学出版社，1992
60 张文保，倪生鳞．化学电源导论．第1版．上海：上海交通大学出版社，1992
61 周明．在役管道壁厚超声检测爬机技术．无损检测，1999，21(6)：249～257
62 贾铭新．液压传动与控制．第2版．北京：国防工业出版社，2001
63 雷天觉．液压工程手册．第1版．北京：机械工业出版社，1990
64 张志永．水浸聚焦超声波探伤原理．第1版．北京：国防工业出版社，1985
2 高福庆．管道检测的必要性．管道技术与设备，1998(1)：40～42
3 Asano M, Matsuoka T, Okamoto H, et al. IEEE International Conference on Robotics and Automation. 1995,2955
4 高福庆．管道内检测技术应用及发展．石油规划设计．2000，11(1)：40～41
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46 钱晋武，章亚男，沈林男，程维明，杨建鸿，李劲松，叶琛，卞雪飞．微小管道探测机器人系统．高技术通讯．2001，2：92～94
47 程良伦，杨宜民．一种新型管道内微型机器人的研究．机器人．1999，21(4)：249～255
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54 《超声波探伤》编写组编著．超声波探伤．新1版．北京：水利电力出版社，1985
55 全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核委员会组织编写．超声波探伤．第1版．北京：劳动人事出版社，1989
56 北京技术交流站编．超声波探伤原理及其应用．第1版．北京：机械工业出版社，1982
57 胡天明主编．超声波探伤与锅炉压力容器基础题解．第1版．北京：水利电力出版社，1992
58 [日]无损检测学会编．超声波探伤A．第1版南京：江苏科学技术出版社，1980
59 李国欣．新型化学电源导论．第1版．上海：复旦大学出版社，1992
60 张文保，倪生鳞．化学电源导论．第1版．上海：上海交通大学出版社，1992
61 周明．在役管道壁厚超声检测爬机技术．无损检测，1999，21(6)：249～257
62 贾铭新．液压传动与控制．第2版．北京：国防工业出版社，2001
63 雷天觉．液压工程手册．第1版．北京：机械工业出版社，1990
64 张志永．水浸聚焦超声波探伤原理．第1版．北京：国防工业出版社，1985