在國家能源安全戰(zhàn)略與“雙循環(huán)”發(fā)展格局的指引下，山東建筑大學(xué)管道機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的帶領(lǐng)下，成功研發(fā)“多融合自巡航全管道檢測機(jī)器人——‘LPR’系列管道機(jī)器人”。該機(jī)器人通過五大核心技術(shù)創(chuàng)新，破解了傳統(tǒng)管道檢測在中小口徑適配、復(fù)雜環(huán)境通行、高精度探傷等領(lǐng)域的行業(yè)痛點(diǎn)，為城市給排水管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)維提供了高效智能的解決方案，標(biāo)志著我國在中小型管道檢測裝備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從技術(shù)跟跑到自主領(lǐng)跑的跨越。

 

一、核心技術(shù)：五大創(chuàng)新構(gòu)建全流程檢測閉環(huán)

 

機(jī)器人采用分層協(xié)同架構(gòu)，通過模塊化設(shè)計(jì)、多傳感器融合、三足履帶驅(qū)動(dòng)等核心技術(shù)，形成覆蓋“適配-通行-檢測-分析-應(yīng)用”的全流程技術(shù)閉環(huán)，性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

 

（一）模塊化適配系統(tǒng)

 

采用綠色模塊化設(shè)計(jì)理念，可通過更換功能模塊快速適配Φ813mm~Φ1016mm的城市污水管、暖氣管道等多場景需求。模塊支持快速拆卸更換，維修成本較傳統(tǒng)人工降低40%，同時(shí)縮短產(chǎn)品迭代周期，滿足不同行業(yè)定制化檢測需求。

 

圖為團(tuán)隊(duì)成員正在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試

（二）三足履帶獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

 

創(chuàng)新設(shè)計(jì)三足中心對(duì)稱履帶驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，每組履帶配備獨(dú)立電機(jī)與同步帶傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)0~6m/min平穩(wěn)運(yùn)行�？勺灾骺缭焦艿纼�(nèi)障礙，通過R≥2D彎管無干涉，在污染、腐蝕等復(fù)雜環(huán)境中附著能力強(qiáng)，越障成功率較傳統(tǒng)輪式機(jī)器人提升85%。

 

（三）多傳感器融合檢測系統(tǒng)

 

融合紅外激光雷達(dá)、漏磁檢測模塊、CCD攝像頭等多類傳感器，搭載LVI-SAM算法與模糊邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度與無GPS環(huán)境自主作業(yè)。管道缺陷檢測漏檢率低于0.7%，較傳統(tǒng)人工檢測效率提升180%，可精準(zhǔn)識(shí)別疲勞裂紋、腐蝕損傷、焊縫缺陷等各類問題。

 

（四）無纜長續(xù)航能源系統(tǒng)

 

優(yōu)化能耗模型與電源管理系統(tǒng)，擺脫傳統(tǒng)拖纜供電限制，續(xù)航時(shí)間可達(dá)50-160min，支持長距離管道連續(xù)檢測。創(chuàng)新的能量分配算法使核心模塊能耗降低30%，確保檢測過程中數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)姆�(wěn)定性。

 

（五）大數(shù)據(jù)缺陷分析系統(tǒng)

 

實(shí)時(shí)采集管道環(huán)境、缺陷位置、損傷程度等數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維管道數(shù)據(jù)模型，通過大數(shù)據(jù)分析劃分安全等級(jí)，為維修方案制定提供精準(zhǔn)依據(jù)。在模擬檢測中，山地管道路徑規(guī)劃效率提升35%，缺陷定位誤差控制在厘米級(jí)。

 

二、創(chuàng)新亮點(diǎn)：實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證與產(chǎn)業(yè)賦能雙突破

 

（一）國內(nèi)首創(chuàng)多場景兼容技術(shù)

 

團(tuán)隊(duì)于寒假期間赴某市政工程公司及 3 家污水處理廠開展實(shí)地調(diào)研與深度訪談，該機(jī)器人在城市地下管網(wǎng)場景中表現(xiàn)穩(wěn)定，通信穩(wěn)定性較市面同類產(chǎn)品提升5倍，極端環(huán)境適應(yīng)性提高60%。其無纜運(yùn)行設(shè)計(jì)解決了易燃易爆環(huán)境下的安全隱患。

 

（二）產(chǎn)學(xué)研用深度融合

 

項(xiàng)目已獲2項(xiàng)國家發(fā)明專利，形成“技術(shù)研發(fā)-實(shí)地測試-標(biāo)準(zhǔn)制定”的完整鏈條。與某鑄造機(jī)械有限公司等企業(yè)達(dá)成技術(shù)合作，參與制定管道檢測行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展。

 

圖為團(tuán)隊(duì)成員到實(shí)驗(yàn)基地調(diào)研參觀

（三）綠色經(jīng)濟(jì)與成本優(yōu)勢(shì)顯著

 

模塊化設(shè)計(jì)減少資源浪費(fèi)，檢測過程零污染，符合“綠色絲路”發(fā)展理念。產(chǎn)品定價(jià)20萬元，較國內(nèi)外同類產(chǎn)品(普遍30萬元以上)成本降低30%，同時(shí)將檢測時(shí)間縮短一半以上，大幅降低企業(yè)運(yùn)維成本。

 

三、應(yīng)用場景：從排水管道到多領(lǐng)域發(fā)展

 

（一）給排水管道運(yùn)維

 

在實(shí)地城市地下排水管道檢測中，可實(shí)現(xiàn)長距離管道腐蝕、泄漏等隱患的精準(zhǔn)檢測，模擬測試中管道檢測效率提升35%，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間僅0.35秒，為給排水管道安全筑牢防線。

 

（二）城市基礎(chǔ)設(shè)施巡檢

 

適配城市污水、暖氣、電力等地下管網(wǎng)檢測，3臺(tái)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)可替代傳統(tǒng)200分鐘單機(jī)工作量，效率提升185%，有效解決城市管網(wǎng)人工檢測難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高的問題。

 

（三）多領(lǐng)域延伸應(yīng)用

 

未來將拓展至海底管道檢測、工業(yè)管道維護(hù)、軍工設(shè)施巡檢等領(lǐng)域，響應(yīng)國家“低空經(jīng)濟(jì)”與智能制造戰(zhàn)略，推動(dòng)管道檢測產(chǎn)業(yè)從工具型向生態(tài)型升級(jí)。

 

四、社會(huì)價(jià)值：技術(shù)創(chuàng)新守護(hù)民生安全

 

該機(jī)器人的成功研發(fā)，不僅解決了傳統(tǒng)管道檢測“效率低、風(fēng)險(xiǎn)高、精度差”的痛點(diǎn)，更實(shí)現(xiàn)了中小型管道檢測從“事后維修”向“事前預(yù)警”的轉(zhuǎn)變。在城市地下管道維修中，保障運(yùn)維人員生命安全;其大數(shù)據(jù)分析能力為管道建設(shè)規(guī)劃提供科學(xué)支撐，助力構(gòu)建安全、高效、綠色的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。

 

“多融合自巡航全管道檢測機(jī)器人”以“技術(shù)創(chuàng)新+產(chǎn)業(yè)賦能+民生保障”為核心，構(gòu)建了“單機(jī)智能-多場景適配-生態(tài)服務(wù)”的發(fā)展路徑，為管道檢測行業(yè)提供了可復(fù)制的標(biāo)桿模式。隨著技術(shù)迭代與市場拓展，該項(xiàng)目有望成為我國高端裝備“走出去”的新名片，引領(lǐng)全球管道檢測技術(shù)革新，為能源安全與城市可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)勁動(dòng)力。

 

作者：張煥龍

(新媒體責(zé)編：wa123)