管道异物检测清理机器人.docx

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1、管道异物检测清理机器人快捷QC小组前言：现代大型发电厂水汽管道总长度可达数万米，管 道总重量可达上千吨，电厂管路错综复杂，管道从预 制加工，再到现场焊接，表面保温等工作完成，时间 跨度较长，管道内可能会进入异物，即使管道吹扫后 也不能保证管道内没有异物。而管道管线一般较长， 且管道内径小，人员难以进行清理一如遗留的异物 不及时清理，可能会卡塞阀门，造成阀门内漏，甚至 危及整台机组的运行安全。一、小组概况表1 :生组概况小组名称快捷QC小组课题名称管道异物检测清理机器人小组注册号2018丫川Yool小组登记日期2018.03课题类型创新型组长唐守昱小组成员10人小组成员接受TQC教育情况：共52

2、课时小组成员概况姓名性别文化程度职务组内分工唐守昱男大专组长活动协调张洪硕男本科组员全面负责王运航男本科组员调试验1孔星男本科副组长对策实施郭明山男大专组员质量监督贾光明男大专组员对策实施郭伟男本科组员对策实施崔伟男本科组员对策实施董洪帅男本科组员对策实施开万硕男本科组员对策实施制表人：唐守昱时间：2018-03-20二、选择课题1 .现状：一台核电机组常规岛及BOP管道共计13KM,其中80Omm以上口径管道占20%,30Omm-80OmnI口径管道占70% （以下简称特定管道），30Omm以下占10%。80Omm以上管道人员可 以进入清理，不在本次课题考虑范围内。但特定管道占比大，且人员难

3、以进入，如果异物跟随介 质进入系统设备造成机械卡塞，阀门无法关闭泵体无法运转，甚至可能造成机组停运，对人民的 生命财产安全造成重大的威胁！2 .检测清理准确率低：在特定管道中检测，局限于内窥镜数据线的长度、目标位置等，检测 准确率低。3 .检测清理无法同时进行：内窥镜检测只能检测，无法同时对小型异物进行清理。4 .整体性检查难度大：管道系统整体性检查需要对管道开孔设置检查点，本身增加了异物存 在的风险，实施难度较大。据调查，14号机组管道移交前内部无异物检测率100% （检测率=检测到异物点/总的检测 点），移交运行后仍有事故发生，异物大多是焊渣、垫片、铁丝等小型异物，人员无法进入管道, 以下

4、是在GCT系统100米特定管道水平段随机60个异物点进行重复十次的人工检测清理试验的准表2 :人工检测清理准确率人工检测清理准确率次数/检测到异物点/检测准确率%制表人：王运航时间：2018-03-22由表可知，在人员无法进入的特定管道内进行传统异物检测准确率较低，平均仅为79%,安 全隐患大，容易造成事故发生。因此，我们急需一种新型的检测工具！查新借鉴：随后我们从百度、知网等进行相关产品的学习，在除暴与消防机器人中得到启发： 1.公安除暴机器人可以进入危险的场所，用机械手将危险品转移；2.消防机器人的视频部分能清 晰及早的洞察险情。如果研制一种能在特定环境下进行移动检测、清理，且不受环境限制

5、，可以 远程遥控的机器人，岂不是同样能达到降低风险的目的？综合以上两种机器人特点做一款适合管道异物检测清理的机器人！图1 ：公安除暴机器人与消防机器人 制图人：张洪硕时间：2018-03-223、确定课题：研制管道异物检测清理机器人。三、设定目标1、设定目标：异物检测清理准确率达99%以上。表3 ：设定目标口活动Wtr检测率活动丘？检与则率时间：2018-03-222、目标可行性分析：百度检索除暴机器人的抓取率和消防机器人的检测率，如下表：表4 ：除暴机器人的抓取率和消防机器人的检测率消防机器人检测准确率次数2345678合计检测个数60606060606060480检测率100%100%10

6、0%100%100%100%100%100%除暴机器人清理准确率次数12345678合计清理个数6060606060606060480清理率100%100%100%100%100%100%100%100%100%制表人：张洪硕时间：2018-03-22由统计结果可知，消防机器人检测率与除暴机器人清理率均达100尢借鉴采用的视频部分与 机械爪部分均能符合目标要求，因为30Onlm-80Omm口径管道，人员无法进入，机器人最大直径为 290mm,所以完全可以实现异物检测清理功能。科研小组经项目部领导班子批准成立，科研资金研发性材料由队办负责，现场试验环境资金 由项目部负责；阳江核电六号机组管道检测

7、环境适合本次QC成果的研制。小组曾研制的电缆测温机器人已获得授权专利，并荣获中电建协会QC成果二等奖、中国施工 协会QC成果一等奖等多项荣誉，对成果肯定的同时更是对我们实力的认可！HP实用新型专利证书图2 ：小组所获荣誉制图人：张洪硕时间：2018-03-22四、提出各种方案并确定最佳方案1.提出方案小组展开讨论，要实现利用机器人进行管道异物清理，机器人必须具体以下功能，查找异物 视频部分，夹取异物机械手，驱动部分，远程遥控部分。因为在借鉴视频部分与机械臂结构的同 时，要使机器人能达到远程控制，必须加入通信模块，而机器人要在管道内自由移动的驱动结构 和异物夹取的机械结构无疑缺一不可。至此，确定

8、该机器人必须有以下组成部分：1.驱动部分2. 机械臂控制部分3.视频部分4.通信部分5.驱动平台载体。载体是驱动结构组成的一部分，合适的载体能让检测清理效率事半功倍，小组提出优先确定 载体结构的研制方案。围绕研制异物检测清理机器人小车需达成的目标，小组成员集合一起，运用头脑风暴法，广 开思路，针对驱动载体平台提出两种研制方案：表5 ：亲和图管道异物检测清理机器人驱动平台轮式驱动平台弯曲路况平衡性差车身高度低，视野范围小灵活机动性好，搭载平台过狭小,无法胜任多种拓展功能轮胎与地面非完全接触抓地效果 差，无法保证正常行走履带式驱动平台弯曲路况平衡性较好车身有一定高度，具有较好的视搭载平台布局合理，

9、安全防护性高，可以拓展多种功能轮胎与地面非完全接触抓地效果 好，可以正常行走制表人：孔星时间：2018-03-262、选择方案表6 ：选择方案名称方案一：轮式驱动平台方案二：履带驱动平台平台面积面积小，可搭载模块少面积大，能搭载多种模块车身稳定性支架连接及支撑薄弱，车身稳定性差。支架结构稳定性好，固定调节完后无需调整， 稳定性好。平衡性设备结构简单，平衡差设备结构严密，机械固定，平衡性好抓地效果轮胎接触面小，弯曲面接触面积小，摩擦力小， 抓地效果差履带结构，弯曲路面接触面积大，摩擦力较大, 抓地效果好适应路况车身低，视野范围小，只适用于平坦路面车身高，可视范围广，可适应弯曲路面结论因为管道环境

10、的制约，故最终选择抓地稳定性好、平衡好、可在管道内检测清理的履带驱动平台。制表人：王运航时间：2018-03-261）工具模拟图图3 ：履带式底盘模拟图 制图人：张洪硕时间：2018-03-262）方案条件及要求围绕平台各个部件选择，小组再次集合在一起，运用头脑风暴法，广开思路，提出以履带式平台设计为方案，确定各个部件应具备条件和满足的要求，并 运用亲和图整理归纳。表7 ：亲和图操作平台部件组合结驱动结视频部机械臂部通信部创造安全 施工操作 场所直流减速 舵机高清摄像、 舵机云台、 无死角勘合金结构, 搭载能力 强负载能力 强，便于编 程无线通讯 实时传输 影像保证行走 摩擦力12V电压驱 动

11、，胜任工 作IED大灯视野清晰四自由度 灵活抓取传输无线控制舵机精确 控制，清理 小型异物WlFl连接, 抗干扰能 力强控制写入数据方第三方软 件制图人：王运航时间：2018-03-283.分析论证操作平台包括组合结构和驱动部分。组合结构即车体的结构材质，要保证车身稳定和平衡,驱 动部分为行走电机的驱动，尽可能输出更多的有效功率。1）、组合结构选择表8 ：组合结构选择分类方案一:塑料结构（亚克力）方案二:合金结构结构样式Il驱动方式相同。单独驱动两个履带（差速驱动）相同。单独驱动两个履带（差速驱动）摩擦力整体质量轻，摩擦力小，履带非完全接触时抓地 效果不佳质量略重，摩擦力大，抓地效果好，履带较

12、小接 触面能保持正常行走对元器件保护 的安全性安全性较差安全性较好维护保养结构稍显复杂，日常维护简单。零部件较多，多为精密元件，保养复杂。稳定性质量较轻，稳定性差质量适中，车身稳定性提高40%结论经上述分析，合金结构安全性强、结构牢实、抓地效果好，因此采用合金结构式.表9 :驱动结构选择分类直流电机步进电机舵机设计描述4扁 hJ特点分析直流电动机结构简单，制造、 使用、维护方便，运行可靠性 高，重量轻。也是直流电机的一种，步进电机 内部有多个线圈，要想电机连续 转动，就要依次给各个线圈加 电。一个连续转动的直流电机，加一 个闭环反馈控制的回路，以实现 精确的位置控制。适用范围电源用于驱动机器人

13、的移动用于机器人低精度固定位置控 制的场合，如数控车床。常用于 机械臂、关节处高精度位移控制，可用于驱动机 器人的腿，手臂，关节处。安全性操作简单、安全。操作安全。操作安全。维护保养结构简单，日常维护保养简单。结构较复杂，日常维护保养较复 杂。结构较复杂，日常维护保养较复 杂。经济性价格低廉，RMB. 20o价格较贵，RMB. 80o设备精密，科技含量高，价格较 贵RMB. 70o结论在机械臂关节处用到的四个电机选为舵机，协同协作控制机械手的抓取动作。综合以上对比分析，确定车体总重，小车重量大约为L8Kg,行走速度为0.5ms,直径d=500mm, 转矩(N. m)=扭力(N)*作用半径(m)

14、=l. 8Kgx9. 8x0. 025m=0. 44,因此从履带齿轮出来的转速n=v2 好0.5*360/2*3. 14*0. 025=1146rpm,由于机器人行走时受到摩擦力，设定其摩擦系数口二0. 5,则履 带力矩M= mgr=0. 5*1. 8*10*0. 025=0. 225N. mo 已知CGM-25GA-370/12V直流电机转速为 1200OrPm, 力矩为O. 84N. m完全满足小车动力所需。故小组决定采用安全性好、用于小车移动、精密位移动作的直流减速电机和舵机。制表人：王运航时间：2018-06-091）、视频部分的选择表10 ：视频部分选择分类方案一:带舵机云台方案二：无舵机