用于检测管道中微小泄漏的机器人装置

获得清洁、安全的水是世界的迫切需求之一，然而今天的供水系统由于泄漏而平均损失了20%的供应。这些泄漏不仅会加剧短缺，还会破坏地基，对建筑物和道路造成严重的结构性破坏。

不幸的是，泄漏检测系统昂贵且运行缓慢，而且在使用木材、粘土或塑料管的系统中效果不佳，而这些系统在发展中国家占大多数。麻省理工学院的研究人员开发的一种系统可以提供一种快速、廉价的解决方案，无论管道是什么制成的，它都可以精确地发现即使是微小的泄漏。

该系统已经由机械工程教授Kamal Youcef-Toumi、研究生You Wu和另外两人开发和测试了9年，将在9月份即将举行的IEEE/RSJ智能机器人与系统国际会议(IROS)上详细描述。与此同时，该团队今年夏天正在对12英寸进行测试。墨西哥蒙特雷市地下的混凝土配水管。

该系统使用一个小型橡胶机器人装置，看起来有点像一个超大的羽毛球小鸟。该装置可通过任何消防栓插入供水系统。然后，它被动地随着气流移动，记录它的位置。它通过感知填充管道直径的软橡胶裙边的拉力来检测压力的微小变化。

然后，通过另一个消火栓使用一张网回收该设备，并上传其数据。不需要挖土，也不需要中断供水。除了由水流推动的被动装置外，该团队还生产了一个可以控制其运动的主动版本。

蒙特雷本身就有强烈的动机参与这项研究，因为据估计，蒙特雷每年都会损失40%的供水，造成该市约8000万美元的收入损失。当被污染的水回流到配水管中时，泄漏也会导致供水系统受到污染。

麻省理工学院的研究小组名为PipeGuard，打算将其机器人检测系统商业化，以帮助减轻这种损失。在沙特阿拉伯，大部分饮用水是通过昂贵的海水淡化厂提供的，大约33%的水因泄漏而流失。Youcef-Toumi说，这就是为什么这个沙漠国家的法赫德国王石油矿产大学赞助和合作了麻省理工学院团队的大部分工作，包括今年早些时候在那里成功进行的现场测试，对系统进行了进一步的设计改进。

那些测试，在一英里长的2英寸的区域。沙特阿拉伯Al Khobar管道服务公司Pipetech LLC提供的生锈管道，该公司经常使用相同的管道系统来验证和认证管道技术。测试是在有许多弯道、t型接头和连接的管道中进行的，包括人为制造一个漏洞供机器人发现。机器人成功地做到了这一点，将泄漏的特征与由压力变化或管道尺寸、粗糙度或方向变化引起的虚假警报区分开来。

“我们把机器人从一个关节放进去，然后从另一个关节拿出来。我们在三天内试了14次，每次都能完成检查。”更重要的是，它发现了大约每分钟1加仑的泄漏量，这是传统检测方法平均能发现的最小泄漏量的十分之一，是这些系统在最好的条件下也能发现的泄漏量的三分之一。

在蒙特雷的现场测试之后，该团队的下一步是制造一个更灵活、可折叠的机器人，可以快速适应不同直径的管道。例如，在波士顿的街道下面，有6英寸、8英寸和12英寸的混合。管道导航——许多管道安装时间太久了，以至于城市甚至没有精确的位置地图。吴说，机器人会“像伞一样”扩张，以适应每条管道。

该系统不仅可以在几乎任何种类的水管中发现泄漏，还可以用于其他种类的管道分配系统，比如天然气管道。这些管道通常很旧，而且地图也不清楚，在一些城市已经造成了严重的气体积聚，甚至爆炸，但泄漏很难察觉，直到它们大到足以让人们闻到添加的气味。实际上，麻省理工学院的系统最初是用来检测气体泄漏的，后来应用于水管。

最终，该团队希望，机器人不仅能发现漏洞，还能配备他们设计的特殊机构，这样，至少对于较小的漏洞，它可以在现场进行即时修复。

麻省理工学院

www.mit.edu

-由克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程机器人的故事．

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。