Газовые, нефтяные и трубопроводы городского хозяйства, доступ к которым снаружи затруднен или невозможен, диагностируют с помощью роботов. С развитием технологий повышается точность получаемых результатов и снижается количество аварий и экологических катастроф. Со временем трубопроводы становятся более подверженными износу, коррозии, утечкам и другим повреждениям. При этом те, что имеют сложную форму и малый диаметр, практически не проверяются изнутри робототехническими средствами. Разрушение отводов часто приводит к разгерметизации. Ученые Пермского Политеха создали инновационную конструкцию робота для проверки труб и представили моделирование его движения в последовательно расположенных отводах. Эта разработка, при условии регулярного использования, поможет обеспечить безопасность и продолжительность эксплуатации трубопроводов в несколько раз.
Модель перемещения робота в трубе / © Пресс-служба ПНИПУ
Исследование опубликовано в пятом номере журнала «Строительные и дорожные машины» по направлению «Мехатроника, робототехника и робототехнические системы» за 2023 год. Разработка проведена в рамках соглашения с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Фонд содействия инновациям) и программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Роботы могут выполнять диагностику в сложных и труднодоступных местах, снижая возможный риск для жизни и здоровья людей, если речь идет, например, о промышленных трубопроводах. Разработка роботов включает в себя использование новейших технологий и методов, таких как системы навигации и позиционирования, датчики и сенсоры, системы коммуникации и машинное обучение. На данный момент нет оптимальных методов проектирования и моделирования подобных устройств из-за того, что они представляют сложную динамическую систему.
«Механическая конструкция робота содержит несущее основание (корпус), на котором установлена опорная нога с колесным движителем. Опорные ноги расположены относительно друг друга под углом 60 градусов. Для того чтобы каждая опорная нога имела контакт с внутритрубной поверхностью, мы разработали специальную систему рычагов.
Корпус устройства спроектирован таким образом, что может перемещаться в отводах. В качестве контактного элемента выбран движитель колёсного типа, он испытывает наименьшее сопротивление движению, в отличие от других типов движителей, например, гусеничных», – объясняет ассистент кафедры оборудования и автоматизации химических производств ПНИПУ Дмитрий Кучев.
После создания конструкции трехмерной модели робота, ученые поэтапно смоделировали ее перемещение по двум последовательно расположенным отводам с радиусом поворота 1,5D и углом 90 градусов. Для этого они провели математические вычисления с использованием дифференциального уравнения Лагранжа (уравнение движения механической системы). Расчеты позволили определить траекторию движения конструкции и показали, что она перемещается беспрепятственно.
Ученые сообщают, что инновационная разработка робототехнического устройства уже используется при диагностике трубопроводов теплоснабжения в одном из городов России.
