油罐检测爬壁机器人结构与控制系统设计

第26卷第5期 2004年9月

文章编号:1002-0446(2004)05-0385-06

机器人

ROBOT

Vol.26,No.5

Sept.,2004

油罐检测爬壁机器人结构与控制系统设计

田兰图,杨向东,赵建东,赖庆文,陈恳

(北京清华大学精仪系制造所,北京100084)

X

摘 要:研究智能爬壁机器人检测技术及其系统,提出了机器人在大型垂直罐壁移动作业的路径规划方法,并分析了抗倾覆机构的作用,设计给出了机器人总体结构和控制系统.系统以磁吸附爬壁机器人为运动载体,采用非接触式无损检测技术,并配备多种传感器,具备较高的智能化水平.现场实验表明,该系统自动化程度高、运动稳定可靠、定位精度高,大幅度提高了检测效率.

关键词:爬壁机器人;无损检测;抗倾覆机构;姿态控制中图分类号: TP24 文献标识码: B

StructureandControlSystemDesignofaWallClimbing

RobotforOilcanTesting

TIANLan-tu,YANGXiang-dong,ZHAOJian-dong,LAIQing-wen,CHENKen

(InstituteofManufacturingEngineering,DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:Thetestingtechnologyandthesystemofintelligentwallclimbingrobotarestudiedinthispaper.Apath

planningmethodformotiononverticalwallsispresented,thefunctionoftheant-iupsetdeviceisanalyzed,andthegeneralstructureandcontrolsystemisdesigned.Itsmainbodyisawallclimbingrobotusingpermanentmagnetictracks.Anon-contactNDT(non-destructivetesting)technologyandvarioussensorsareappliedtothisrobot,whichgiveithighintell-igence.Fieldexperimentsindicatethattheequipmentisinhighlyautomaticlevel.Itcanmovestably,hasahighlocaliza-tionprecision,andgreatlyimprovestheefficiencyofoilcantesting.

Keywords:wallclimbingrobot;non-destructivetesting(NDT);ant-iupsetdevice;attitudecontrol

1 引言(Introduction)

油罐是石化企业中最常见的储存设备,由于压力的作用以及雨水和油品的侵蚀,罐壁可能产生凹坑、裂纹、内部孔洞等缺陷,这些缺陷不仅会造成油品泄漏,甚至可能引起火灾,因此必须定期进行检

测.目前,对油罐的检测均由人工实现,需搭建脚手架,效率很低且危险性高.随着石化工业的迅速发展,企业对检测技术的要求也越来越高,研制自动化检测设备势在必行.鉴于油罐检测任务的特点,自动检测系统需要着重解决如下一些关键技术:

(1)研制可靠的运动载体,能够按照预先设定的路径携带检测探头遍历整个油罐内表面,并保证一定的精度;

(2)系统体积小、安装调试方便、易于操纵、检

测效率高、定位精度高;

(3)采用的检测方法不能对油罐壁造成损伤,且适合于对金属平面作高速自动扫查.

清华大学机器人与自动化实验室研制的大型油罐自动检测系统TH-ClimberÑ以磁吸附爬壁机器人为载体,将涡流检测技术应用于油罐检测,很好地解决了这一问题.与常规的无损检测设备相比,该系统引入了配有多传感器系统的智能机器人,在检测灵活性和可靠性上有不可比拟的优势;此外,采用涡流检测技术能够在检测探头不与油罐壁面直接接触的情况下,对表面或近表面缺陷进行探测,从而为探头的高速运动提供了可靠保障.现场实验表明,该系统智能化程度高,运动稳定可靠,大大提高了油罐检测的效率.