近日，北京交通大学轨道交通自治运行控制系统研究中心的学生科研团队研发的管道巡检机器人参加了2024中国国际大学生创新大赛，并斩获全国银奖，目前已申请发明专利4项，软著1项，受邀作为全国28个项目之一参加大赛成果展。
该项目利用北京交通大学在机器人领域的技术优势，国内首创基于柔性八轮结构与多姿态激光雷达的密闭管道巡检，实现了复杂嵌套管道内壁无吸附螺旋运动及密闭黑暗环境精准定位控制“两项核心技术”突破，破解了水利巡检的场景化难题。
四代机器人驱动结构迭代
“撑得住，咬得紧，走得顺”
柔性八轮巡检机器人在水电站
“撑得住，咬得紧，走得顺”是柔性八轮管道巡检机器人最显著的特征。和传统管道巡检机器人不同，无论管道环境多么复杂恶劣，管道形状多么奇特，它都能精准地抓握管道内壁，确保巡检任务的完成，即使是具有复杂结构和绝缘材料的IPB管道也不在话下。
进入管道后遇到障碍怎么办？立体管道中如何做到不迷路？研发团队给柔性八轮管道巡检机器人装上了“独门秘籍”：在传统的SLAM算法上，首次提出利用柱坐标系快速建图定位，让机器人既能准确知道自己在哪里，又能画出周围环境地图，在三维空间里也能大显神通的智能“定位导航系统”。
研发团队还通过八轮差速控制，让轮子学会“思考”，能在遇到障碍时自动调整速度和方向，保证“走起来”顺顺畅畅，通过安装视觉识别算法，它还可以模拟人眼功能，识别出各种物体和图像，其识别精度可达到1毫米宽的裂缝。
目前，柔性八轮管道巡检机器人已经在实际应用中展现出巨大潜力。在雅砻江水电站的应用中，它突破了水利巡检的场景化难题，缩短了68天巡检工期，并发现了人工巡检未能察觉的缺陷；在城市地下管网巡检中，它也有效识别出管道内部的腐蚀、泄漏等问题。
先解决更难的场景
柔性八轮管道巡检机器人的研发之路并非一帆风顺。从最初的灵光一闪，到设计图纸上的勾勒，再到实验室里的原型机，直至今天成熟稳定的成品，这款机器人经历了四代升级，每一步都凝聚了研发团队的不懈努力。
研究团队面临的IPB管道是电站的专用管道，其特殊性在于嵌套管道巡检区域为一个三维环形空间，机器人移动时，X、Y、Z轴的转动导致6个自由度的刚体信息和定位基准坐标系都不断变动。同时，管道间距还会因为母线自然沉降现象而不断变化。该项目负责人解释道，通常情况下，巡检区域的高度大约是25厘米，但由于电线的重量，管道往往会向下弯曲，导致巡检区域的实际高度在22到28厘米之间波动。
面对这一难题，前两代八轮管道巡检机器人的设计团队选择采用固定底座，但在实际测试中发现，这种设计无法很好适应管道变化，效果并不理想。从第三代六轮设计试验开始，团队决定尝试更加灵活的柔性轮自适应支撑设计思路，经过不断调整和优化，最终确定了柔性八轮的设计方案。为确保实验数据的准确性，团队定制了一个一比一亚克力管道模型，模拟真实工作环境下的运行情况。
经过无数次测试与改进，柔性八轮管道巡检机器人逐渐展现出独特的优越性——它能紧紧抓住管道内壁，灵活应对复杂地形，确保巡检任务顺利进行。
在未来，团队计划引入更多AI技术，并拓展国际市场，为全球基础设施安全贡献力量。
猜你喜欢
