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更广的机器人家族:管道内、墙面上、水下与轨道上
检查并非无人机独自的工作。爬行机器人穿行于下水道,清管器在管线内行进,机器人攀爬墙面,水下机器人在大坝和港口下潜,足式机器人在工厂里行走——而卫星从轨道上俯瞰。各展所长、组合使用的时代已经到来。
本页内容
管道内部:下水道爬行机器人与管道机器人
在下水道管检查中,自行式系留摄像爬行机器人长期以来是主力。它从检查井放入,拖着线缆沿管道行驶并拍摄内部,发现裂缝、接头错位、树根侵入和腐蚀。新型爬行机器人还加入激光或声纳轮廓测量,以测量管道形状。
在管线中,称为清管器(pig)的装置随输送介质在管内行进。它原本用于清洁,而智能清管器(在线检测工具)搭载漏磁(MFL)或超声波传感器,可在数十公里范围内发现壁厚减薄和裂纹。
| 机器人 | 优势 | 弱点 |
|---|---|---|
| 下水道爬行器 | 长距离系留运行可靠,内部视频细节丰富 | 水位高时无法观察;在弯道和台阶处表现不佳 |
| 漂浮 / 游动相机 | 可检查有流水的管道 | 难以控制速度和位置 |
| 智能清管器 | 从内部获取长距离的定量管壁数据 | 管道必须可通球(发球筒、收球筒、弯曲半径) |
| 小口径管道机器人 | 工厂狭窄管道内部 | 分支、弯头、电缆长度 |
| 无人机(防护笼、系留) | 大口径管道、竖井、检查井 | 水、狭小空间、通信 |
墙面上:攀爬机器人
攀爬机器人用磁铁吸附在钢材上,或用吸盘、负压吸附在混凝土上,在墙面上行驶。与悬停的无人机不同,它们在移动时始终紧贴表面,因此擅长对整个区域进行超声波测厚的扫描(绘图)。
水下:ROV
大坝的进水口和水下坝面、港口的码头岸壁以及船舶的船体都位于水下。查看它们曾经是潜水员的工作。如今越来越多地由ROV(遥控潜水器)拖着系缆下潜,用摄像头和声纳进行检查。
| 条件 | 难点 | ROV 的应对方法 |
|---|---|---|
| 浊度 | 相机几乎看不到任何东西 | 成像声呐或多波束声呐测量形状 |
| 水流 | 潜器被冲走 | 推力余量;注意系缆拖曳 |
| 定位 | GNSS 无法到达水下 | 声学定位(如 USBL),用 DVL 测量对地速度 |
| 深度与压力 | 潜水员的水下作业时间有限 | 无人操作,可进行长时间深水作业 |
| 海生物附着 | 贝类和藻类遮盖表面 | 清洁工具,清洁后重新成像 |
常见的分工是:水线以上用无人机,水线以下用 ROV,水面本身则用无人水面艇(USV)。另见水、水雾与湿度。
巡回行走:足式机器人与地面机器人
在流程工厂和变电站,操作人员每天沿固定路线巡视,读取仪表、听声音、检查气味和发热。已经出现了由足式机器人(例如 Boston Dynamics Spot、ANYbotics ANYmal)和轮式机器人承担这类例行巡检的案例。它们的优势在于能爬楼梯和台阶,并使用与人相同的通道。
- 优势:读取模拟仪表、热成像、异常声音、气体泄漏检测、定点成像。
- 与无人机相比:不飞行,因此运行时间长,适合狭窄的室内通道;不擅长高处。
- 防爆:在爆炸性环境中使用需要经认证的防爆型号。
- 组合:地面用行走机器人,管廊和塔顶用无人机。
将地面机器人和无人机整合进同一个监控系统,通常靠 ROS 2 这样的通用框架。用 ROS 2 连接感知、取景与飞行监控(Airffic Aerial)是为拍摄而写的,但其集成思路同样适用于检查。
来自轨道:卫星
最遥远的检查员是卫星。光学卫星拍摄广阔区域,合成孔径雷达(SAR)则不受云层和黑暗影响地观测地面。通过比对多次 SAR 图像的干涉 SAR(InSAR),有时能在大范围内检测到地面和结构物毫米到厘米级的缓慢位移。
如何选择
按三个问题来选择:资产在哪里(空中、水中、管内、墙面、地面),要测什么(外观、形状、厚度、位移),以及面积多大、多久一次。
| 情形 | 首选 | 搭配 |
|---|---|---|
| 高大立面、塔、桥底 | 无人机 | 爬壁机器人(测厚)、绳索作业(验证) |
| 钢材的面状厚度测绘 | 磁吸爬壁机器人 | 无人机(筛查、单点读数) |
| 下水道内部 | 下水道爬行器 | 无人机(大管道、检查井、竖井) |
| 长输管道的管壁 | 智能清管器 | 固定翼无人机、卫星(管道走廊巡查) |
| 水下的坝面和码头面 | ROV | 无人机(水面以上)、USV(水面) |
| 工厂日常巡检 | 足式 / 地面机器人 | 无人机(高处)、固定传感器 |
| 大范围的缓慢位移 | 卫星(InSAR) | 无人机(地面实况) |
多机器人检查及其未来
检查正朝着多种机器人在同一资产上分工协作的方向发展。那时重要的不是机器人的种类,而是数据能否汇集到同一个台账中。只有当无人机照片、爬行机器人的厚度数据、ROV 的声纳和卫星的位移数据叠加在同一套构件编号和坐标上时,结构物的全貌才会显现。
- 统一坐标与构件 ID:把每个机器人的数据存放在同一个“地址”。
- 交接:将无人机发现的可疑点自动转给爬壁机器人或人员。
- 协调移动:多个机器人和人员在同一场地作业时,共享谁在哪里(远程与超视距运行)。
- 了解局限:没有一种机器人能做所有事情。最终仍由人来验证和决定。
编辑部认为,大型工厂和港口将常驻会飞、会走、会潜的机器人,并由统一的运营系统管理。检查员的工作将从操作机器人转变为解读它们收集到的变化。
查看来源
规则、数字和案例均基于下列来源。未来情景与设计建议是编辑部的观点。
- 神户市:下水道管路设施检查调查手册 Ver. 1.0(2021年3月)神户市建设局下水道部 · 已读全文
- ESA: Sentinel-1 facts and figures (C-band SAR mission)European Space Agency · 已读全文
- JAXA: Advanced Land Observing Satellite-4 “DAICHI-4” (ALOS-4)Japan Aerospace Exploration Agency · 已读全文
来源已核对: 2026-10-22