城市电力管道检测机器人测控系统研究

城市电力管道检测机器人测控系统研究

杨凤生王冕

（贵州电网有限责任公司贵阳供电局贵州贵阳550000）

摘要：随着我国城市化进程的逐步加快，城市建设发展迅速，城市的住宅小区、道路、市政设施有了很大的改观，人们对居住环境有了越来越高的要求。近年来城市电网的形式已经逐步由原有架空线形式转入电力电缆形式，而电力管道作为电力电缆载体以及城市地下管线的重要组成部分，由于地下电力管线往往很容易产生破裂，为了安全起见，就需要做好电力管道的安全检测，因此本文主要就对城市电力管道检测机器人测控系统进行分析和探讨。

关键词：电力管道；检测；机器人测控系统

1城市电力管道检测机器人测控系统研究现状

1.1直接式测控系统

法国人JVertut首先研制了轮腿式管内爬行机器人IPRIV。该机器人结构主要由主体、前转向装置、后转向装置、前推进装置、后推进装置、支臂装置、支臂、控制电缆和控制计算机组成。机器人采用了直接控制方式，操作人操作控制计算机发送控制命令，控制命令经控制电缆传输至各执行装置，通过控制各执行装置的协调运行，完成机器人在管道内的运行。其中支臂装置和支臂负责保持机器人在管道内运行时处于平稳状态；前、后转向装置负责机器人的转向；前、后推进装置负责机器人的前进和后退。

为提高管道机器人缺陷检测能力，韩国成均馆大学研制了MRINSPECTIII城市电力管道超声检测机器人。整个测控系统可分为两部分：地面控制系统和机器人系统，两者之间通过电缆实现信息传递。机器人采用双微处理器系统，微处理器一用以处理来自计算机的控制命令，发送信号控制电机运转驱动机器人运动，并采集传感器信息传输至计算机；微处理器二专用于超声波数据实时采集，并将采集数据传输至计算机。地面控制系统主要包括计算机系统和和遥控手柄。计算机系统处理来自机器人的各种数据（包括传感器数据、CCD图像数据、超声波检测数据），判断机器人运行状态和所处环境，同时获得管道缺陷信息。机器人一般自主运动，一旦遇到管道分支，操作人员借助监控图像，直接操纵机器人使之顺利通过“Y”型或“T”型管接头。

1.2监督式测控系统

基于直接式测控系统的电力管道检测机器人，其每一动作都与操作人员发出的控制指令一一对应，机器人如何完成管内作业任务是由操作人员及时给出各种指令。为确保机器人正确动作，操作人员须不间断观察管内监控图像，工作任务极重。为减轻操作人员工作任务，尽可能减少人为操作的参与，增强电力管道检测机器人自主作业能力，福斯特·米勒公司(Foster-Miller)研制了监督式电力管道检测机器人系统RoboScan，测控系统主要分三部分：地面基站、RoboScan机器人系统和通信线缆系统。地面基站通过通信线缆与RoboScan机器人实时通讯，监控机器人在管道内的检测作业。计算机处理来自各微处理器（包括绕线系统处理器、电池控制器和关节控制器）的信息，协调各微处理器并行工作，完成机器人整体控制；各微处则理器负责机器人各个部分信息处理和控制，并将信息反馈至计算机。由于RoboScan机器人系统采用了基于总线的多微处理器构架，机器人控制性能大大提高。机器人在沿管道前进或反向运动同时能自动调整适应不同管径管道，如机器人遇到管道接头，操作人员只需选择何种形式管接头（包括“Y”型、“T”型等），机器人将自动执行相应程序，自行调整通过管接头。机器人采用漏磁检测对缺陷进行检测和定位，缺陷检测能力显著提高。

国内哈尔滨工业大学研制了六独立轮驱动管内检测牵引机器人。该机器人采用六独立轮驱动，牵引力较大，运行平稳。基于CAN总线的监督式测控系统，智能控制中心与ARM控制器通过CAN总线操实现信息交换。作人员操作智能控制中心发送任务指令；ARM控制器一方面按照智能控制中心的指令实现在管道内部的自主运动与缺陷检测，另一方面采集传感器信息反馈至智能控制中心，为智能控制中心提供安全有效的决策依据。机器人可搭载超低频定位单元，该单元向管外接收装置连续发射超低频电磁波信号，以跟踪机器人行走状态及实现缺陷位置的准确定位。机器人具有超声检测单元，可实现管道内壁检测过程中的超声数据采集及存储。

2城市电力管道检测机器人测控系统未来发展

2.1高性能、小体积、低功耗硬件系统

电力管道检测机器人是一个复杂机电设备，其本身存在故障风险，加之作业于城市电力管道复杂、封闭环境，故障风险进一步提高，且一旦出现故障，机器人回收困难很大，因此提高测控系统硬件可靠性，确保机器人连续无故障运行尤为重要；电力管道检测机器人作业时，需要对多个信号进行实时数据采集，同时还须保证相关数据的同步性，且检测距离长，采集数据量大，由此对测控系统硬件性能提出了严格考验；管内空间有限，相应的测控系统硬件体积受到严重限制；鉴于自携能源式管道检测机器人是未来城市电力管道检测机器人发展方向，降低硬件系统功耗，对提高机器人作业距离具有显著意义。

结语

有了管道检测机器人的帮助，管道内的故障和损伤就能够轻而易举的找出来，这样不仅节省人力还能减少施工量，大大增强了工作效率。管道检测机器人将会成为我国管网检测的主要趋势，国家管网普查应用管道机器人也是必然的选择。

参考文献

[1]唐先红.城市主排水管道穿缆检测机器人控制系统研究[D].哈尔滨工程大学,2005.

[2]祝俊.管道检测机器人的运动控制研究[D].华南理工大学,2012.