Page 108 - 无损检测2024年第八期

仪器研制
仪器研制

DOI：10.11973/wsjc202408012

复合型管道焊缝渗透检测机器人系统设计

李 彰，吴学洲，李宜全，聂 勇，廖述圣
（中核武汉核电运行技术股份有限公司，武汉 430200）

摘 要：为代替人工实施管道焊缝检测，设计了一套复合型管道焊缝渗透检测机器人，对机器
人的系统组成等进行了介绍。为验证机械臂具备实施自动渗透检测的灵活性，建立了7自由度机械
臂运动学模型，并采用归一化的方法对擦拭和喷涂工艺进行了圆弧轨迹规划，然后在仿真环境下进
行了工艺实现能力验证。最后，通过机械臂规划与控制，实现了复合管道焊缝的机器人检测，并通
过渗透工艺的灵敏度测试，验证了该机器人系统实施渗透检测工艺的可行性。
关键词：复合机器人；渗透检测；复合工具设计；轨迹规划

中图分类号：TP242.3；TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2024)08-0070-07

Design of composite robot system for penetration inspection of pipeline welds

LI Zhang, WU Xuezhou, LI Yiquan, NIE Yong, LIAO Shusheng
（China Nuclear Power Operation Technology Co., Ltd., Wuhan 430020, China）
Abstract: To replace manual implementation of pipeline weld seam detection, a composite pipeline weld seam
penetration detection robot was designed, and the system composition of the robot was introduced. The end tool of the
system adopted a composite structure and had a quick change form. To verify the flexibility of the robotic arm
in implementing automatic penetration technology, a 7-degree-of-freedom kinematic model of the robotic arm was
established, and a normalized method was used to plan the arc trajectory of the wiping and spraying processes. The process
implementation capability was verified in a simulation environment. Finally, the robot detection of composite pipeline
welds was achieved through robotic arm planning and control, and the feasibility of the penetration detection process of the
robot system was verified through sensitivity testing of the penetration process.
Key words: composite robot; penetration inspection; composite tool design; trajectory planning

核电站主要设备间皆由管道连接，核电站运行 果的偏差，而对于部分具有辐照的区域，人工实施
期间管道的安全性和完整性十分重要，各管道又由 渗透检测会有辐射风险，此时可采用具有渗透工艺
短管道通过焊接的形式拼接而成，管道的主要薄弱 操作能力的机器人系统代替人员进入辐照区域开
点为焊接接缝处，该位置是在役检查期间管道无损 展渗透检测，结合渗透工具设计、自动规划等技术
检测的重中之重。 可实现半自主的渗透工艺实施，保证工艺效果的一
渗透检测是以毛细作用原理为基础的检查表 致性。
面开口缺陷的重要无损检测方法。管道焊缝的渗 核电站具有复杂的非结构化地形特点，需要机
透检测通常采用人工的方式进行，劳动强度大，耗 器人具有较高的移动能力和越障能力，同时还能携
时长，渗透工艺本身对于检测人员的作业能力具有 带机械臂和工装系统进行工艺操作，因此应用于
较高要求，检测人员技能素质的差异会导致检测结 核电站的机器人系统应属于典型的复合机器人系

统。复合机器人已被广泛研究并得到了一定程度
收稿日期：2024-01-11
的应用，如德国航空航天中心的类人移动机器人
作者简介：李 彰（1990—），男，博士，高级工程师，主要研究方
Rollin Justin 、KUKA的全向移动操作臂youbot 、
[1]
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向为核工业特种机器人技术
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通信作者：李 彰，lizhang@cnnp.com.cn AKASHArobot系统 、上海大学的全向移动平台 [4]
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2024 年 第 46 卷 第 8 期
无损检测