产品介绍 | 复杂深腔管道内检测机器人及数字孪生系统
发布时间：
2025-12-09
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新闻资讯
编者按
近年来，城市燃气管网作为保障民生用气、维系城市运行的核心基础设施，其安全运营已成为提升城市公共安全水平与推动基础设施现代化转型的核心环节。然而，传统依赖人工巡检与开挖检测的运维方式，不仅存在效率低、成本高、适应性有限等问题，尤其难以有效识别非金属管道及复杂工况下的隐蔽风险。因此，亟需通过技术升级，实现智能化、精准化、非介入式的管道安全管控。
在此背景下，北京大学南昌创新研究院（以下简称“北大南昌院”）管道机器人项目组取得重要突破，成功研发出面向城市燃气管道内巡检的自驱式管道机器人。该机器人突破了复杂管道环境下长距离自适应通行与高精度定位的技术瓶颈，融合多传感器感知与智能决策能力，实现了对管道结构状态的可视化、数字化检测。这一进展不仅为我国城市燃气管网向智能化、非开挖运维模式转型提供了关键装备，也为提升管道安全管理的信息化与精细化水平奠定了坚实技术基础。
PART 01 核心产品
图1 城燃管道内检测机器人实物图
专为DN200-DN250mm管径范围的中低压城市燃气管道设计，适用于管网日常巡检及腐蚀、泄漏等缺陷检测。该机器人集成惯导、视觉与激光雷达等传感器，可实现管道内的三维定位、视觉检测与三维轮廓构建等功能，能够有力支持城市燃气管网的维修与保养工作。
PART 02 技术要点
01、复杂管道场景下自适应变构实现高通过性
图2 管道机器人自适应通过各种复杂管道场景
如图2所示，针对实际管道中存在的直管、变径管、异径弯头、三通、四通、U形弯等复杂工况，管道机器人采用关节连接的模块化机身与弹性模块，可自适应调整机身角度，紧密贴合管道内壁，实现不同管径的灵活适配。管道机器人以前后球轮承担导向功能，通过球轮旋转与全向轮的协同作用，能够绕管道轴线完成周向转动。此外，管道机器人采用机身变构设计，可自适应通过各种复杂管道场景，不仅越障性能优异，还具备垂直爬升能力。
02、惯性导航技术
如图3所示，管道机器人通过轮式里程计和惯性测量单元进行航迹推算定位，针对燃气管线进行测绘。基于卡尔曼滤波融合算法利用轮式里程轮和IMU信息进行数据融合，抑制长距离检测定位漂移，降低管道定位检测误差。
图3 城市燃气PE管道三维定位测试
03、视觉探伤检测技术
图4 管道机器人视觉内检测进行缺陷识别
如图4所示，基于机器人实时上传的视频数据，运用相应视觉检测算法，实现对管道内的检测探伤。此外，管道机器人具备垂向5公斤负载能力，可搭载涡流或者超声检测设备，实现管道焊缝缺陷的精准识别。
04、管道机器人自主导航与运动控制技术
通过视觉感知技术获取管道真实环境信息。在管道内部，机器人可通过旋转导向机构，选择不同行进路径。获取全局地图后，机器人可依据路径规划选择最优路径抵达目标位置。结合规划结果，设计相应的运动控制策略，确保机器人在各类复杂管道工况中稳定通行。
05、管道机器人多刚体动力学仿真技术
如图5所示，基于Adams多刚体动力学仿真平台构建虚拟管道环境，模拟感知、决策、运动控制全流程。利用仿真可重复、低成本的优势，快速验证算法有效性，缩短实机测试周期、降低研发风险。 此外，以数字孪生技术为核心，实现管道机器人在物理管道与虚拟数字空间的实时映射，解决燃气管道检测、定位、缺陷识别及管网数字化管理中的痛点问题。
图5 基于Adams的管道机器人动力学仿真
PART 03 应用场景
01、城市燃气管道
用于城市燃气管道内部检测，检测管道腐蚀、泄漏、变形等隐患，同时实现长距离精准定位，避免管网安全盲区。
02、排水管道
具备防水性能，可定位排水管道内的堵塞物、破损段，辅助管网的通畅运维。
03、热力管道
适配热力管道高温、湿热的运行环境，可检测管道内壁结垢、腐蚀、焊缝裂纹及保温层破损等隐患，保障热力管网的稳定输送与安全运行。
04、工业管道
携带清洗装置，实现工业管道内的清洗工作，通过视觉检测功能核查管道内壁的清洁效果，保障工业管道的流通效率。
05、空调新风管道
检查新风管道内积尘、杂物堆积状况，辅助清洗作业精准开展，提升新风系统通风卫生水平。
06、特种大装置设备
探查大装置管道的内壁腐蚀、焊缝裂纹、管道变形等隐患，精准定位缺陷位置，避免高危介质泄漏等安全事故。
PART 04 市场前景
本项目以城市燃气管道检测为核心，自主研发的管道机器人集成了高精度惯性导航定位、视觉智能探伤检测及复杂管道环境自适应运动控制等关键技术。基于核心技术的通用性与可拓展性，产品具备多场景迁移应用能力，可延伸至给排水管道检测、工业管道清洗与效果核验、新风管道运维、特种大型装置内部管道巡检等领域，有效应对各类管道系统运维难度大、人工作业风险高的行业共性痛点，显著拓展了项目的市场覆盖范围。
立足城市管网与工业管道服务市场，项目凭借自主可控的核心技术、跨场景适配能力及已验证的落地经验，构建了“技术+场景”双维竞争壁垒，具备扎实的产业化基础与广阔的市场前景。在产品战略上，本项目前瞻布局系列化、模块化产品体系，未来将分阶段推出适用于不同管径、工况与功能需求的管道机器人系列，精准对接城市基础设施、工业生产装置、特种设备等多领域管道安全管理需求，实现对管网运维细分场景的全面覆盖。
北大南昌院管道机器人项目团队积极响应国家在“城市地下生命线”安全工程、新型基础设施建设等领域的战略部署，聚焦地下、狭窄空间等极端作业环境下的技术短板，持续推进管道机器人核心技术的自主研发与产品化攻关。项目不仅致力于填补国内在非开挖、智能化管道检测领域的技术空白，更着眼于构建自主可控的管道安全运维技术体系，为我国关键基础设施的安全保障与现代化管理提供可靠、先进的装备支撑。
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江西省南昌市高新区艾溪湖北路269号高层次人才产业园10栋
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