季节性雨水、城市制作等天然、人类活动对城市排水能力提出较高要求,保持排水管网的正常作业是城市根底设备运维的重要内容。现在,城市排水管道运维首要依托人作业业,存在作业难、作业量大、风险性高等问题。以机械替代人作业业的方式因为具有安全、高效的特色成为了城市排水管道运维作业的展开趋势。介绍了国内外管道检测、作业机器人的研讨现状,从作业方法、机械设计、控制方式三个方面剖析了现有技术存在的缺乏;提出了排水管道运维机器人的作业规程并总结其展开方向,如检测技术提高、功能模块优化、控制方式智能化等,为排水管道运维机器人的研讨展开供给新思路。
截至2019年底,我国排水管网总长超过74.4万km,年污水排放量达555亿m³。而随着海绵城市建设以及国家对于污水处理要求的提高,近年来管网系统以8.5%的年增长速率持续扩大其运维规模。2021年政府工作报告指出,要持续改善环境质量,“十四五”时期要求基本消除城市黑臭水体,排水管网已由保障城市安全的重要基础设施升级为保证人民幸福生活的重大民生工程。因此,维持排水管网的平稳运行成为一项重要的城市治理任务。
随着管网的建设规模的扩大,保证管网正常服役的需求也逐渐凸显。据住房和城乡建设部科技发展促进中心有关资料显示,我国城市管网普遍存在设施老化与管理技术落后的问题,管道破裂、腐蚀等缺陷导致的城市管道运维事故频发。因此,近些年管网的工作重点逐渐由建设转向维护更新。目前,排水管网检测、清淤、修复等工作通常采用人工作业或人机协同作业模式。以管道清淤为例,常用方式有绞车清淤,钻杆疏通及高压射流。绞车及清淤设备需要工人下井安装,空间狭小、昏暗,作业困难;且施工环境中的硫化氢等有害气体会严重危害工人健康。总之,管网维护的人工作业方式效率低,局限大,存在安全隐患。
利用机器人代替人工作业已成为管网运维管理的新趋势。在排水管道中使用的运维机器人已由传统的大型工业机器人发展成“小精尖”的特种机器人,能够适应复杂管况并完成任务。管道运维机器人可分为检测机器人与作业机器人:检测机器人指通过声学、光学设备或技术实现管道内部的信息采集及模型重建的机器人;作业机器人指清理管内淤积或完成管体缺陷修复及更换的机器人,这些机器人的协同配合可辅助排水管道的运维工作。
本文归纳了排水管道运维机器人的研究现状,介绍了国内外高校、科研院所及企业具有代表性的产品,并对其使用的关键技术或机构做简要概述,最后总结了研究现状的不足,并对该领域的发展趋势做出展望。