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美国卡内基梅隆大学开发出检测和修复天然气管道问题的机器人系统

2024-02-04 13:05 性质:原创 作者:南山 来源:AGV
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美国卡内基梅隆大学机器人研究所的研究人员正在开发一种模块化机器人,它可以匍匐在天然气管道内部,绘制管道位置图,检测破损或泄漏的管道,并在必要时通过沿管道内壁涂抹树脂涂层来修复管道。卡...

美国卡内基梅隆大学机器人研究所的研究人员正在开发一种模块化机器人,它可以匍匐在天然气管道内部,绘制管道位置图,检测破损或泄漏的管道,并在必要时通过沿管道内壁涂抹树脂涂层来修复管道。

卡夫奇奇-莫拉计算机科学教授豪伊-乔塞特(Howie Choset)说:"我们甚至不知道所有的旧管道都在哪里。"他与研究科学家 Lu Li 一起在仿生机器人实验室指导该项目。

人们基本上无法进入的管道密闭空间,是部署机器人的自然场所。多年来,卡内基梅隆大学的研究人员和衍生公司开发了许多用于检查下水道、天然气分配和核电站管道的方案和机器人。

例如,乔塞特领导了一个示范项目,将蛇形机器人送入一座停产核电站的管道中。

最新项目历时三年,现已接近尾声,不仅包括天然气管道的机器人检查,还包括通过机器人进行维修。该项目由美国能源部(DOE)通过能源高级研究计划局(ARPA-E)及其避免密集更换管道快速封装(REPAIR)计划赞助。据能源部称,美国的天然气通过 120 万英里的输气干线和 90 万英里的服务管线网络输送到 7500 万户家庭和 500 多万商业用户。

挖掘和修复这些现有线路的成本高达每英里 1000 万美元。REPAIR 计划旨在使用机器人和智能涂层在漏水的管道内建造新管道。据能源部估计,这一过程--将管道留在原处并从内向外修复--可大幅降低成本。

能源部希望维修后的管道至少能使用 50 年,并对铸铁管和裸钢管的检查和维修特别感兴趣。虽然这些管道大部分已被黑钢和其他材料制成的管道所取代,但它们仍占供水管网的 3%,并且造成了大量泄漏和故障。

卡内基梅隆大学机器人研究所正在开发的机器人系统可以部署在任何材料的管道中。它也是模块化的,可以根据不同的工作进行配置。它包括一个移动模块,模块上有一对两英寸的轮子,第三个轮子位于模块顶部。

管道修复树脂和为机器人提供动力的电池都很重,而三个轮子提供了必要的牵引力,使模块能够拉动重达 60 磅的有效载荷。机器人系统的速度并不是特别快,但它可以在八小时内检查大约九英里长的管道。Lu 说,修复作业需要慢一点,但八小时内可以修复约 1.8 英里的管道。

"我认为树脂才是真正的主角。"Choset 说。

这种树脂由美国伊利诺伊大学开发,最初的稠度就像软冰淇淋,但涂抹到管道壁上后几秒钟内就会变硬。

卡内基梅隆大学 的研究人员开发了一种带有旋转喷嘴的机器人模块,可以将树脂涂抹成连续的珠状,随着机器人的前进,树脂会沿着管壁螺旋上升。科罗拉多州的一家公司正在将这种树脂商业化。

除了树脂涂敷模块外,该系统还包括一个绘图模块,该模块配有一个高分辨率光学传感器

该传感器可检测管道的颜色,并使用激光系统对管道缺陷进行精确测量,以建立三维重建。检测现场的工程师可以使用增强现实技术查找和绘制表面接头、焊缝并识别结构缺陷。

人工智能可帮助评估机器人收集的数据。机器人使用一种名为同步定位和绘图(SLAM)的技术绘制高度详细的管道地图。

研究人员利用 Peoples Gas 公司搭建的试验台对系统进行了评估。李说,机器人系统目前的探测距离为 200 英尺,但最终目标是两公里(约 6500 英尺)。

Lu 说,当前版本的机器人是为直径 12 英寸的管道设计的,用于 6 英寸管道的版本正在开发中。

"我们相信,在不久的将来,我们还可以将尺寸缩小到 2 英寸直径,但这将是一个额外的挑战。越小越难。"

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