管内机器人专利技术发展综述

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热度0票  浏览118次 时间：2020年4月10日 10:52

　　施 芬 1 苏中元 2

　　（ 1 国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 江苏 苏州 215000 ；2 江苏高科物流科技股份有限公司 江苏 苏州215000 ）

　　摘 要：管内机器人是一种可沿管道内部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。本文对管内机器人的专利技术进行了统计分析，重点分析了全球专利申请的趋势、我国专利申请情况和管内机器人的技术发展路线。

　　关键词：管内机器人；驱动；行走；调径

　　一、引言

　　管内机器人可应用于管道的检测、维护、清洗、喷涂、机械加工等。在管道的检测与维修过程中，只需将管道机器人从某个管道开口处放入管道就可以实现对管道系统的在线（即不必停止管道内流体的输送）检测与维修：通过对管道运行状态进行检测，管道机器人可以预防问题的突发；通过对管道进行维护修复作业，管道机器人可以解决管道破损、堵塞等问题。简而言之，管道机器人的应用可以实现人力与财力的节省。

　　二、管内机器人专利技术的整体情况

　　2.1 全球专利申请量趋势分析

　　管内机器人技术是一个极其重要的技术领域，应用面很广，给管道的检测、维护、清理等带来了极大的便利，该技术早在 1946 年就已经提出，但对它的研究处于初期阶段，专利申请量较少，上世纪七十年代，管内机器人技术开始逐渐引起人们的注意，上世纪八十年代，随着计算机、传感器、现代控制理论的发展，管道机器人技术也得到了相应的发展，从上世纪九十年代初开始，管道机器人技术开始迅猛发展。

　　2.2 我国专利申请情况

　　中国涉及管内机器人领域的专利申请是在 1990 年才出现的，随后一直处于研究初期阶段，专利申请量较少，近几年是管道机器人技术的研究高峰期，专利申请量也急剧上升。我国管内机器人技术领域的专利申请主体主要以科研人员和高校为主，其占中国专利申请总量的 69% ，这说明我国对管内机器人的技术研究还处于理论研究阶段，距离产业化应用尚有一段距离。

　　三、技术发展路线分析

　　3.1 主要技术分解

　　国内外对管内机器人技术的研究主要集中在驱动机构、行走机构和自适应调径机构，本文主要从上述三个方面来进行技术分解，具体见下图：

　　图 1 管内机器人技术分解

　　3.2 管内机器人技术发展路线

　　管内机器人技术的研究始于上世纪中叶美、法、英等国，初期成果是 PIG （ Pipeline Intelligent ）型管内检测设备，无自运行能力，移动速度及检测区域均不可控[1] 。其中有专利记载在 1965 年美国的

　　William M. Bustin 申请了管道泄漏超声波检测机器人的发明专利。

　　上世纪七十年代，石油、天然气与核工业等恶劣环境下管道与罐状容器的维护需求刺激了管内机器人的发展。 1976 年，美国的BAKHANOVA 申请了具有倾斜支撑轮和涡轮的管内运输设备，其利用流体的压差驱动涡轮的叶片旋转，实现了管内机器人的无动力驱动行走。 1978 年，法国的 VERTUT J 申请了通过遥控设备控制的自动行驶管内运输设备。

　　上世纪八十年代，计算机、传感器、现代控制理论的发展，为管内机器人的应用提供了技术保证。上世纪八十年代后期，随着核工业装置、医疗器械、航空航天器以及微电子机械系统的飞速发展，生物体内狭小空间的检测诊断、工业热交换器及核电站微小管道空间的检测作业、空调管道的除尘清扫等领域的需要，刺激了管内机器人技术的发展。

　　1982 年，英国的 PRENTICE I 发明了一种能在弯曲管道中自行走的管内测量装置， 1986 年，美国的 LARA P F 发明了一种能检测管道因膨胀或地表变化导致的曲率变化的机器人， 1988 年，德国的KRAMM H 发明了一种利用液压缸驱动行走的管内机器人。随后1989 年，德国的 RAUSCH W 发明了一种利用蓄电池驱动行走的具有自导向功能的管内机器人，这表明管内机器人技术在朝着主动驱动和运行可控化方向发展。

　　从上世纪九十年代初开始，管内机器人技术开始进入迅猛发展阶段，我国也开始展开了管内机器人技术的研究。 1993 年，哈尔滨工业大学申请了一种蠕动式机器人管内行走机构，随后又申请了直进轮式全主动管内机器人行走机构和螺旋驱动式管内机器人行走机构。此后，浙江工业大学、上海大学等也都展开了管内机器人技术的研究。浙江工业大学关于管内机器人技术方面的专利申请主要在于管内机器人的驱动机构和行走机构。上海大学关于管内机器人技术方面的专利申请主要在于管内机器人的驱动机构和自适应调径机构，自适应调径机构主要包括利用齿轮组调径和利用丝杆、螺母调径。

　　四、总结

　　国内外对管内机器人技术的研究主要集中在驱动机构、行走结构和自适应调径机构三个方面，且管内机器人技术正在朝着主动驱动和运行可控化方向发展，我国对管内机器人技术的发展研究也越来越重视。 ■参考文献

　　[1] 齐海铭 . 管内移动机器人示踪定位技术研究 . 哈尔滨工业大学工学博士学位论文， 2010 年 6 月