Алгоритмы и система управления внутритрубным робототехническим комплексом для диагностики трубопроводов сложной геометрии

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В настоящее время эффективным способом контроля трубопроводов является внутритрубная диагностика с использованием специализированных роботизированных устройств. Существует множество конструкций внутритрубных роботов, однако они имеют ряд недостатков, в том числе невозможность движения по трубопроводам сложной геометрии. Внутритрубные роботы опорно-прижимной конструкции являются наиболее эффективным решением для перемещения внутри участков сложной геометрии. Цель исследования – синтез и разработка алгоритмов, системы управления внутритрубным робототехническим комплексом, включая исследование кинематики конструкции на участках сложной геометрии. В результате разработана структура системы управления, состоящая из нескольких подсистем, включая алгоритмы для управления поступательным движением внутритрубным робототехническим комплексом внутри трубопровода, а именно, перемещение по криволинейным участкам без потери ориентации.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Д. Н. Кучев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Author for correspondence.
Email: kuchevdmitri@yandex.ru
Russian Federation, Пермь

Е. В. Поезжаева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: kuchevdmitri@yandex.ru
Russian Federation, Пермь

И. Э. Келлер

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: kuchevdmitri@yandex.ru
Russian Federation, Пермь

Э. Х. Гумаров

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: kuchevdmitri@yandex.ru
Russian Federation, Пермь

И. Н. Гаганова

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Email: kuchevdmitri@yandex.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Еремякин А. В., Димов О. Д. Вариант взаимодействия ОАО “Газпром” с хозяйствующими субъектами рынка газа Российской Федерации // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2010. № 2 (26). С. 155–158.
  2. Куликова Е. С., Кузьмин О. С., Шевцов М. Н. Расширение технической возможности обслуживания технологических трубопроводов для повышения уровня промышленной безопасности // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2023. № 3 (312). С. 41–47. https://doi.org/10.33285/2411-7013-2023-3(312)-41-47
  3. Пузаков В. С. Схемы теплоснабжения городов России 10 лет спустя: опыт, проблемы, тенденции // Научные труды: Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН. 2023. Т. 21. № 1. С. 55–74. https://doi.org/10.47711/2076-3182-2023-1-55-74
  4. Талипов С. Т. Внутритрубная диагностика как средство предупреждения аварий и инцидентов трубопроводных систем ООО “ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ” // Территория Нефтегаз. 2013. № 12. С. 48–50.
  5. Холоденко В. Б., Пахомов А. П. Внутритрубные диагностические роботизированные мобильные комплексы для труб различного диаметра // Инновации. Наука. Образование. 2022. № 52. С. 630–645.
  6. Яцун С. Ф., Ворочаева Л. Ю., Яцун А. С. Математическое моделирование движения двухмассового вибрационного мобильного робота // Фундаментальные исследования. 2015. № 12 (4). С. 729–734.
  7. Чжу С., Назарова А. В. Робот-змея. Кинематика и управление // Экстремальная робототехника. 2014. № 1 (25). С. 75–79.
  8. Савин С. И., Ворочаева Л. Ю., Мальчиков А. В. Определение допустимых диапазонов длины шага четырехногого внутритрубного робота // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 7. С. 206–217.
  9. Савин С. И., Ворочаева Л. Ю., Ворочаев А. В. Алгоритм генерации походок для робота, осуществляющего движение в трубопроводах // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7. № 1 (22). С. 90–97.
  10. Затонский А. В., Кучев Д. Н., Гаганова И. Н. Управление внутритрубным робототехническим комплексом с использованием беспроводной передачи данных // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2024. № 4. С. 70–79.
  11. Yang X., Lu Y., Yun K., Zheng J., Zhang Y. Construction Design and Kinematics Analysis for the Three Legs Type Gas Piping Robot // 2023 IEEE7th Inf. Technol. and Mechatronics Engin. Conf. (ITOEC). Chongqing, China, 2023. P. 840–845. https://doi.org/10.1109/itoec57671.2023.10292092
  12. Tang Z., Li Z., Ma S., Chen Y., Yang Y. Structure Design of Adaptive Pipeline Detection Robot // 2021 7th Int. Conf. on Control, Automation and Robotics (ICCAR). Singapore, 2021. P. 136–140. https://doi.org/10.1109/ICCAR52225.2021.9463457
  13. Kenzhekhan A., Bakytzhanova A., Omirbayev S., Tuieubayev Y., Daniyalov M., Yeshmukhametov A. Design and Development of an In-Pipe Mobile Robot for Pipeline Inspection with AI Defect Detection System // The 23rd International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS2023). Yeosu, Korea, Republic of, 2023. P. 579–584. https://doi.org/10.1007/978-981-16-1543-6_23
  14. Zhang Y., Chen H., Wang L., Fu Z., Wang S. Design of a Novel Modular Serial Pipeline Inspection Robot // 2023 IEEE Int. Conf. on Mechatronics and Automation (ICMA). Harbin, Heilongjiang, China, 2023. P. 1847–1852. https://doi.org/10.1109/ICMA57826.2023.10216215
  15. Chen D., Zhao M., Ding N., Yuan X., Li N., Fang Z. Design and Implementation of Pipeline Detection Robot with Three-Dimensional Scanning Capability // 2023 IEEE Int. Conf. on Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC). ZHENGZHOU, China, 2023. P. 1–6.
  16. Chen J., Cao X., Deng Z. Kinematic analysis of pipe robot in elbow based on virtual prototype technology // 2015 IEEE Int. Conf. on Robotics and Biomimetics (ROBIO), Zhuhai, China, 2015. Р. 2229–2234.
  17. Yamaguchi S., Iseya K., Kobayashi K., Mitsui S., Satake T., Igo N. Decommissioning Robot Retrieves Fuel Debris from High Altitude // 2021 IEEE Int. Conf. on Agents (ICA), Kyoto, Japan, 2021. Р. 53–56. https://doi.org/10.1109/ICA54137.2021.00016
  18. Yu Z., Xing Z., Zirui Z., Qiang L., Gao F. Design and Implementation of Sewage Pipeline Cleaning Robot Based on Beidou Positioning // 2022 19th Int. Comp. Conf. on Wavelet Active Media Technology and Information Processing (ICCWAMTIP), Chengdu, China, 2022. Р. 1–6. https://doi.org/10.1109/ICCWAMTIP56608.2022.10016503
  19. Zhang B., Abdulaziz M., Mikoshi K., Lim H. Development of an In-pipe Mobile Robot for Inspecting Clefts of Pipes // 2019 IEEE International Conference on Cybernetics and Intelligent Systems (CIS) and IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechatronics (RAM), Bangkok, Thailand, 2019. Р. 204–208. https://doi.org/10.1109/CIS-RAM47153.2019.9095803
  20. Кучев Д. Н., Затонский А. В., Белобородов Ф. С. Разработка программно-аппаратного комплекса системы управления внутритрубного робототехнического комплекса // Сборка в машиностроении, приборостроении. 2024. № 6. С. 264–269.
  21. Келлер И. Э., Кучев Д. Н. РФ Патент 2835290 C1. Способ управления внутритрубным роботом при его движении по криволинейному участку трубопровода, 2025.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Proposed design of the velocipede: 1 – velocipede housing; 2 – driven support leg with wheel propeller; 3 – non-driven support leg with wheel propeller; 4 – housing compartment; 5 – front cover; 6 – non-driven leg rod system; 7 – driven leg rod system; 8 – axle.

Download (114KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Structure of the VRK control elements.

Download (251KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Scheme of the algorithm for controlling the motion of the VRK.

Download (265KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Algorithm for controlling the translational motion of the VRK.

Download (169KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Electrical connection diagram of the hardware part of the robotic complex.

Download (395KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The first stable stationary position (a); the second stable stationary position of the in-pipe robot in a curved section (b).

Download (55KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences