城市排水管道清淤机器人研究综述

2020-02-21 12:04:21 admin 48

    1 引言


    随着我国城市化逐渐的加快, 城市排水系统的规模也逐渐扩大, 然而大多数的排水管道随着长时间的淤泥沉积, 开始出现管道堵塞、污水溢流的情况,污染了环境, 给社会经济造成了巨大损失。城市排水系统相当于我们城市的命脉, 必须定期清理排水管道,对于保护城市环境、避免污染、维护市容市貌、提高人民生活质量, 有着极其重要的意义。因此, 为保证排水系统的正常运转,就必须对排水管道进行定期疏通、清理。然而, 排水管道中环境恶劣, 还有一些有毒气体, 靠人工清理难度较大, 且容易对人身安全造成危害,于是排水管道清淤机器人应运而生。城市排水管道清淤机器人是一种可在操作人员的通过计算机遥控控制下, 在排水管道内部自动行走,完成一系列管道清淤作业的机器人[1,2]。

    2 城市排水管道清淤机器人的研究现状及分类


    目前, 国内外许多大学和研究机构都在进行管道清淤机器人的研究, 并且取得了较大的进展, 其中有些研究成果在现实生活中已经得到了应用。这些管道清淤机器人按行走机构主要分为蠕动式、脚式、轮式和履带式等[3]。

    2.1 蠕动式管道清淤机器人


    蠕动式管道清淤机器人是像蚯蚓一样利用蠕动的方式行进的器人, 主要是通过腹部的摩擦表层左右扭动来行走, 机器人先是收缩前半部分身体, 而后利用腹部的摩擦力带动后半部分身体前进, 最后再展开已经收缩的前半部分身体, 从而实现了蠕动前进的目的[4]。

    2.2 脚式管道清淤机器人


    美国的Automatika公司研制出的一种名为TIGRE的脚式管道清淤机器人, 其基本工作原理是通过腿推压管道壁来支撑身体,再利用装有弹簧的倾斜支撑臂把腿上的车轮紧压在管道内壁上, 使其产生预压力,利用软轴将扭矩作用使机器人向前行走。这种方式便于在各种形状的管道内行走, 能够轻松的越过障碍物,它可以在400~900mm的可变直径的管道中工作。

    2.3 轮式管道清淤机器人


    轮式管道清淤机器人采用对称分布式的行走机构, 车轮紧贴在管道内壁表面, 能够对管道内壁具有较大压力, 爬坡能力强, 可以倾斜放置的排水管道中行走[5]。例如俄罗斯塔里斯公司开发的月球车系列管道机器人共有9个电驱动装置, 能有效将整个机器人联接起来, 能够转动工作部件, 装有摄像机, 可完成观察修理工作。另外, 机器人的自身可以弯曲, 能从竖孔中钻进横向管道。

    2.4 履带管道清淤机器人


    履带式管道机器人包括履带行走部分、控制器、车载传感器和通讯系统, 其履带装有转向装置, 能够灵活前后移动以及左右转向, 采用蓄电池作为动力源并可无线通讯。

    3 各类管清淤机器人的性能分析


    (1) 蠕动式管道清淤机器人的运动空间较小, 能够在管道直径比较小的管道内行走, 但这种行走方式为间歇性直线运动, 移动速度缓慢, 且结构比较复杂, 难以实现, 不能满足实际需要, 因此应用较少。


    (2) 脚式管道清淤机器人便于在各种形状的管道内行走, 能够轻松的越过障碍物, 但是其支撑足的伸展受到空间的限制, 运动能力较差, 移动速度缓慢, 仅仅进行了理论研究, 难以进行实际应用。


    (3) 轮式管道清淤机器人由于轮式管道清淤机器人的中心与排水管道中心相重合, 使得机器人运动平稳性较好。具有结构简单、运动能力强、便于控制等特点, 也是现实应用最多的一种机器人。


    (4) 履带式管道清淤机器人的履带与管道的基础面积大, 具有较好的附着性, 越障能力强, 在淤泥较多的管道内也能正常行走, 但受身体的质量、行走速度的限制, 履带式管道清淤机器人主要应用于大中型排水管道。

    4 结束语


    现有排水管道清淤机器人的技术还不是很成熟, 当前排水管道清淤机器人都是遥控型机器人, 都不具备自主行走的能力。在清淤过程中,工作人员需时刻关注机器人的状态, 容易疲劳。随着管道清淤机器人智能化技术的不断发展,智能排水管道清淤机器人一定能够应用于实际。而智能管道清淤机器人的核心是智能控制算法, 因此,其关键技术就是要选取合适的智能控制算法。智能管道清淤机器人具有自主行走能力, 可将降低工作人员的劳动强度, 提高清淤效率和质量。