概述
1.1管道检测机器人概述及国内外发展现状
机器人的诞生和机器人学的建立无疑是20世纪人类科学技术的重大成就。自60年代初机器人问世以来，作为20世纪人类最伟大发明之一的机器人技术，经历了近半个世纪的发展，已取得了长足的进步。特别是到了20世纪90年代，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。http://www.16sheji8.cn/
在现代，无论是水力、火力发电站，还是煤气、自来水、工业用水和供热系统等公共设施，以及石油、化工等工业生产系统，都有纵横交错的管道。这些管道系统在输送各种液体和气体物质时，由于受振动、热循环、腐蚀、超负荷等作用，加上管道本身可能隐藏的内在缺陷（如裂纹、砂眼、接头处连接不良等），寿命总是有限的。因此，许多管道系统难免在运行之中突然发生损坏而造成液体、气体物质的泄渗事故，不得不停工停产进行检修。这种事故有时造成的经济损失是巨大的。能不能在事故发生前就检查出潜在的有问题的管道而提前预防，是现代民用与工业企业中迫切需要解决的课题。由于管道系统或者埋在地下，或者架设在高空，或者管道内径很小，用人携带仪器检查十分困难，有时甚至根本无法做到。此外，有些危险和环境条件恶劣的工作场地，由人去检查会对人的健康带来严重损害。因此，有必要开发一种能够深入管道的可移动管道检测仪器代替人去完成上述工作。在这种情况下，管道机器人作为一种先进的管道检测手段纳入了国内外机器人研究开发人员的眼中.管道机器人是在管内极限环境中进行作业的机器人,它可携带各种检测和作业装置,在操作人员的遥控或者计算机的自动控制下完成管道的检测或者维修工作。从上个世纪五十年代起，为了满足管道运输、自动清理以及检测的需要，美、英、法、日等国相继展开了管道机器人的研究。
目前国内外对管道检测机器人的研究可以按照多种方式分类
管道机器人按能源供给方式可以分为以下几类:
（1） 有缆外部能源供给式http://www.16sheji8.cn/
（2） 无缆内部能源供给式
（3） 能源自给式
管道机器人按照作业方式的不同可以分为以下几类
（1） 管道内部的清扫和清洗
（2） 管道内部的焊接、焊缝的检查和修补
（3） 管道内部裂缝、腐蚀孔、管道之间的错位、损伤的检测
管道机器人按照运动方式的不同可以分为以下几类：
（1） 无动力驱动的管道内部作业机器人
（2） 履带式管道内部作业机器人
（3） 轮式管道内部作业机器人
电磁驱动的小型管道机器人
电磁铁的基本结构、机械尺寸及线圈参数直接影响着机器人的运动性能, 故在整个机器人的设计与制作过程中, 颇为重要。电磁铁的结构类型有多种多样, 用于管道机器人的电磁铁应该既符合磁路设计原则, 即体积小巧, 重量轻, 保证在管内运动的灵活性, 还要具有运动速度快, 牵引力大的特点。介于以上的原因, 设计时将电磁驱动的小型管内机器人在结构上分为前后两节, 在两个衔铁的端面上分别加有极帽, 以减小漏磁, 增大电磁吸力。中间使用弹簧联结, 在前后两节上均装有支腿, 分别固定在管道机器人驱动器的外套筒上。机器人的运动由电磁力驱动, 其运动机理如图1 所示。在初始状态时, 弹簧处于自由状态, 前部与后部之间没有吸引力, 如果此时给线圈通上电流, 在电磁吸力的作用下, 机器人的前部和后部相互吸引, 由于前部的支腿处于自锁状态, 将前部锁在原位不动, 后部支腿的摩擦力很小,向前运动。电磁铁铁心是由电工纯铁制作而成, 属于软磁材料。这种材料的特点是磁导率高, 矫顽力低,在较低的外磁场下, 就能产生高的磁场强度, 而且随外磁场的增大迅速趋于饱和; 当外磁场去掉以后, 磁性又基本消失。当线圈电流断开的时候, 由于以上所述原因, 电磁吸力在极短的时间内消失, 前部与后部之间的作用力只有弹簧力, 作用在前部与后部上的弹簧力使后部处于自锁状态, 不能后退, 而前部在弹簧力的作用下, 向前移动一段距离, 这时候的情况与开始时的初始状态完全相同, 这样周而复始不断循环下去, 机器人便可以在管内爬行。只要对线圈的通电时间和断电时间加以控制, 就可以很方便地控制机器人的运动。
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