CN104145152A - 使用纤维束和纤维束带强化管道的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于强化管道的系统和方法。机器人适于在管道中旋转而将树脂和/或纤维以大体螺旋形图案施加到管道的内表面。将树脂和/或纤维施加到所述管道可被主动调整来达到期望的施加。所述机器人在机器人每个转数沿着所述管道移动的速率可被调整。纤维朝向所述管道的所述内表面推进的速率可被调整用于将所述纤维以大体非张紧状态施加到所述管道的所述内表面。

Description

使用纤维束和纤维束带强化管道的系统和方法

发明领域

本公开大体涉及管道复原。特定地说，本公开涉及用于使用可呈纤维束带形式的纤维束强化管道的系统和方法。

发明背景

根据美国土木工程师学会(ASCE)，美国国家饮用水和废水基础设施具有D-级。因此，每年超过24万的总水管发生爆裂，且在下个五年中估计需要2550亿美元来充分解决所述问题。故障成本不仅是因为管道维修本身，还因为每次爆裂估计浪费了2500万加仑的水。这份努力集中在350万直线英尺的大直径(61cm(24英寸)和更大的)钢管道和估计会过早发生故障的钢筋混凝土圆筒管道(PCCP)上。这些故障由于各种因素引起，包括使用年限、构造质量、土壤撞击、地震、安装错误和劣质总设计。

存在一些广泛使用的方法来维修故障管线，其中许多涉及对故障区段或其周围进行某种形式的开凿。最普遍的选择包括后张维修、滑动衬砌、更换和现场固化内衬安装(CIP)。后张维修是钢缆被包覆且拉紧到管道外侧用于强化的情况。这种系统的一个主要缺点在于其没有密封管道。管道还必须暴露(开凿)以便在圆周周围接达缆线。滑动衬砌是其中较小管道区段被插入在故障区段内部且接合到现存管道的惯例。需要开凿至少一个区段以便在故障区段内得到滑动线。另一个问题是由于内衬直径减小在管道中产生的流动限制。已坏管道区段的更换涉及在管道周围开凿、移除且接着安装新区段。由于需要开凿，所以任何上述方法过于侵入岩层或在建筑下方的水管情况中是不可能的。更好的方法是从管道内部维修区段。现场固化内衬在从内部密封故障管道方面很突出。然而，其无法提供全面的结构维修。良好形式的内部管道维修是呈纤维强化聚合物或复合物(FRP)形式，这是因为其无需开凿、完全管道密封、时间和结构强化能力。

FRP因其高强度和低重量而主要用于航空和其它高端应用。在1997年以前，其尚未被广泛认可是管线维修的可行解决方案，这使其成为相当新的技术。FRP抗腐蚀，具有实现完全结构维修的高强度和模数，且在设计和应用两方面提供完全的材料挠性。碳化纤维能够被定向，其定向方式使得强度特性可适于应用来定制。维修还容易适于通过将更多碳施加到管道壁而简单地处理更多负荷。碳化纤维的典型安装涉及使用某种饱和器以使碳化纤维充满树脂且接着用手将饱和碳化纤维施加到管道内壁上。因为所述工艺是湿式叠层，所以碳化纤维能够完全顺应管道内部，确保完全接合到基板。这个工艺的另一益处是在大多数时候，通过所述区段的压头损失因FRP的平滑表面而减小。

发明概要

在第一方面，本发明包括一种适于在具有纵轴和包括圆周的内表面的管道中旋转的机器人。所述机器人包括框架，其具有所述框架适于在使用时旋转所绕着的轴。当机器人定位在管道中时，旋转轴在与管道的纵轴大体相同的方向上延伸。所述机器人包括多个轮子，其在相对于旋转轴的不同径向位置连接到框架用于在不同圆周位置接合管道的内表面。所述机器人包括驱动机构，其适于驱动轮子中的至少一个使轮子沿着管道的内表面滚动且使框架绕着管道的纵轴在管道中旋转。所述轮子适于沿着管道的内表面以大体螺旋形路径滚动用于当框架在管道中旋转时沿着管道的纵轴移动框架。

在另一方面，本发明包括一种将材料施加到管道内表面来强化管道的方法。所述方法包括抵着管道的内表面驱动轮子来使轮子所连接的框架在管道内旋转并沿着管道的纵轴移动。当框架在管道内旋转时，将材料从材料棉网朝向管道的内表面推进并且以大体螺旋形图案施加到管道的内表面。

在又另一方面，本发明包括一种将纤维施加到结构用于强化结构的方法。所述方法包括：朝向按压构件驱动纤维；相对于结构移动按压构件来通过将纤维按压到结构上而施加纤维；以及自动调整纤维被驱动朝向按压构件的速率使得由按压构件抵着结构按压的纤维是大体非张紧的。

在下文中将部分明白且部分指出其它目标和特征。

附图简述

图1是本发明的机器人的透视图；

图2是图1的机器人的施加器总成的放大图；

图3是可由机器人安装的纤维束带的片段的透视图；

图4是呈不稳定形态的带子的纤维束的透视图；以及

图5是约有50％重叠的纤维束带的叠层的透视图。

全部附图中对应的参考字符指示对应部分。

具体实施方式

本发明的强化系统适于通过将材料(例如纤维强化材料(例如纤维束带))施加到管道内表面上而强化管道。如下文进一步详细地讨论，可使用各种类型的纤维强化材料(广泛称为“材料”)。一般来说，强化系统可包括：纤维强化材料的供应器；用于使纤维强化材料浸满树脂的饱和器；和用于将纤维强化材料定位在管道内表面上的安装机器人或机器人(例如见图1)。在一般方法中，管道的内表面可通过清洗和/或将中间层或涂层施加到管道表面来制备。接着施加充满或浸满树脂的纤维强化材料。在树脂固化之后，纤维强化材料为管道提供增大的强度。在不脱离本发明范畴的情况下，强化系统可用于强化除了管道之外的结构(例如梁、支柱和其它结构)。强化系统的实例公开于美国专利申请序列号第12/709,388号、公开号第2010/0212803号中，其全文以引用方式并入本文中。

如图1中所示，本发明的安装机器人的实施方案通常由参考数字10指示。安装机器人10适于导航管道且包括施加器总成12，其适于将纤维强化材料施加到管道内部。如下文进一步详细描述，安装机器人10被构造成绕着旋转轴旋转，旋转轴在使用时在与管道纵轴大体相同的方向上延伸。机器人10的旋转造成其沿着管道纵轴移动。因此，施加器总成12可选择性地在管道的内圆周周围以大体螺旋形路径移动。施加器总成12将材料(例如纤维强化材料)以一层或多层(其可重叠)施加在管道的整个内圆周区域周围。在描绘的实施方案中，纤维强化材料以包括纤维束(见图4)的带形式(见图3)提供，其可在施加时重叠(例如见图5)。纤维带和/或纤维束(即粗纤维或粗纱)可被称为材料棉网。如将明白，材料棉网的材料(不管是稳定形式(例如带)或是不稳定形式(例如松散束))可由机器人10施加到表面。如下文进一步详细描述，可使用各种形式的纤维强化材料。

一般来说，安装机器人10包括具有三个支架20A、20B、20C的框架或机车20、施加器总成12和控制器30。如下文进一步详细地描述，控制器30可操作性地连接到安装机器人10的各个组件用于控制器操作。全部三个支架20A、20B、20C包括接合管道内表面的轮子。支架20A、20B中的两个包括呈自由可枢转脚轮40A、40B形式的轮子。第三个支架20C包括由各自电机50供动力的驱动轮子40C。在使用时，轮子40A、40B、40C沿着管道内表面以大体螺旋形路线滚动用于当框架在管道中旋转时使框架沿着管道纵轴移动。机器人10的旋转轴大体位于从每个支架20A、20B、20C的轮子40A、40B、40C径向向内的机器人的中心位置处。每个支架20A、20B、20C的多个轮子以及每个车架轮子之间的间隔使机器人10稳定且使机器人能够有效地越过接合处或管道中的其它不连续处。举例来说，接合处通常需要有缺口(被开凿)使得FRP可在维修区段的端部被锚定到管道。每个支架20A、20B、20C的间隔轮子允许机器人行进跨过这些接合处，这是因为当进入和离开将被强化的管道时轮子之间的空间横跨接合处。

驱动轮子40C可相对于管道纵轴或相对于垂直于纵轴延伸的轴选择性地以各种节距或角度定位来调整安装机器人10在其旋转时沿着管道前进的速率。这能够由施加器总成12将纤维以不同螺旋形形状施加在管道中(例如机器人连续转数中纤维不重叠、最小重叠或大量重叠)。如下文进一步详细描述，驱动轮子40C的定向可被自动控制。在图示的实施方案中，驱动轮子40C的定向可通过启动调整机构来改变，所述调整机构包括电机51和在驱动轮子的基部接合齿轮54的驱动链52，驱动轮子可绕着所述基部旋转。在不脱离本发明范畴的情况下，可使用改变机器人10的驱动轮子40C或其它轮子40A、40B定向的其它驱动机构和其它方式。

机器人10中可并入巨大和/或微小调整能力来使支架20A、20B、20C与管道内表面充分接合。需要纤维强化材料的管道呈全部形状和尺寸。举例来说，一些管道的标称直径在122cm到183cm(48英寸到72英寸)范围中。不仅管道的标称尺寸变化，其还可以不是圆形或椭圆形。框架20或支架20A、20B、20C中的一个或多个可被调整来允许安装机器人10以巨大比例调整尺寸来适应不同标称直径管道和/或以微小比例调整尺寸来适应某一管道内的不连续处。支撑轮子40A、40B、40C的结构可包括能够使其远离框架20延伸和/或朝向框架20回缩的机构。对于巨大调整来说，框架20可包括建立在其中的延长区段，其针对较大和较小标称管道直径进行调整。举例来说，安装机器人10图示为包括较大比例调整性，其形式是支撑支架20B的轴60可相对于安装机器人的框架20选择性地定位。轴60可在沿着其长度的不同位置处经由夹具62选择性到固定到框架20来给安装机器人提供显著的尺寸调整。轴60允许支架20B的轮子40B远离或朝向框架20径向移动。机器人10还可包括适于提供微小调整的装置。这确保驱动轮子40C抵着管道内部接触并适应管道壁中的突出部、凹入部和其它不连续处。举例来说，机器人10可包括气动活塞，其可手动或自动调整(例如在约15cm(6英寸)的范围内)来解决管道中的不连续处。

参考图2，施加器总成12一般包括线轴安装架70(广泛称为“纤维供应固定器”)、驱动滚轮72A、72B(广泛称为“驱动机构”)和按压轮子74(广泛称为“按压构件”)。纤维F的线轴75示出在线轴安装架70上。电机76驱动驱动滚轮72A。线性启动器78朝向或远离驱动滚轮72A移动驱动滚轮72B使得驱动滚轮72B抵着驱动滚轮72A按压强化纤维。线性启动器80朝向和远离施加表面(即，管道的内表面)移动按压轮子。所述配置使得纤维F在按压构件(例如按压滚轮74)下从驱动机构(例如驱动滚轮72A、72B)被馈送，所述按压构件将纤维强化材料按压到管道内表面上且还(例如经由启动器80)适应管道中的偏心距。所述配置有利地避免了纤维F从线轴75缠绕到管道壁。

机器人10可包括控制系统用于控制机器人的各个功能。举例来说，控制系统可包括控制器10和各种传感器，例如一个或多个纤维张力或松弛传感器90A、90B和/或纤维位置传感器92。控制器10操作性地连接到这些传感器90A、90B、92以及机器人10的其它组件(例如驱动轮子40C的电机50、51、驱动滚轮72A、72B和/或线性启动器78、80)。控制器10可包括指令用于以各种方式操作这些组件。

在控制系统的第一方面，其可调整纤维F朝向按压轮子74的推进来实现按压到管道内表面的纤维的期望张力。一般来说，可期望纤维以约为零张力(广泛称为“呈大体非张紧状态”)被施加到管道壁。如果在施加时纤维F中存在张力，那么其会拉动先前覆盖或重叠的纤维层使其离开管道内表面。相反地，如果过多纤维F被传送到按压轮子74，那么会发生折叠和起皱褶。控制系统可使用呈激光传感器90A形式的张力传感器。激光传感器90A定位在驱动滚轮72A、72B与按压轮子74之间且测量纤维F距激光器的距离。纤维距激光器90A的期望距离可根据经验确定为与期望纤维张力相关联。控制器10可包括指令来根据从激光传感器90A提供到控制器的信号指示的感测到的偏离来增大或减小由驱动滚轮72A、72B对纤维F的推进而实现所述距离。替代地或此外，控制系统可使用呈压力计90B形式的张力传感器。在图示的实施方案中，压力臂90B(例如“舞动臂”)定位在驱动滚轮72A、72B与按压轮子74之间用来基于由纤维施加到压力臂的压力而测定纤维的张力。压力臂90B响应由纤维施加的压力而沿着移动范围移动。控制器10基于由纤维施加的压力而从压力臂接收信号。控制器10可包括指令来根据从压力臂90B接收的信号变化而增大或减小由驱动滚轮72A、72B对纤维的推进。因此，控制系统可调整传送到按压轮子74的纤维量来实现最小张力叠层，而不管机器人10圆周速度的变化。

在控制系统的另一方面，其可控制纤维F被施加到管道内表面的螺旋形图案。机器人10可呈几乎纯环向包覆(例如小于一度偏移量)或在各度偏移量下执行叠层。因为若干因素有助于需要的环向强度，所以机器人10可包括控制系统来改变施加纤维强化材料的厚度(即重叠)。维修需要的厚度将由管道的必需负荷特性预先决定。轮子40C上的更多节距将造成机器人10在每个转数进一步前进到管道之下且最终降低纤维重叠部分。这会导致更薄的整体维修部分。当节距更接近90度旋转时，真实的会是相反情况，造成更厚的维修部分。举例来说，如图5中所示的50％重叠会导致2层整体层或是施加到管道壁的单一纤维带厚度的两倍。60％重叠会导致三层整体层或是施加到管道壁的单一纤维带厚度的三倍。此外，75％重叠会导致四层整体层或是施加到管道壁的单一纤维带厚度的四倍。在不脱离本发明范畴的情况下可视需要使用其它重叠比例或不重叠。如下文描述，可使用各种偏移量或节距且受自动控制而沿着管道以不同速率施加纤维强化材料。

控制系统可使用纤维位置传感器92(例如相机或激光器)来监测由施加器总成12对纤维进行的放置。举例而不是限制地说，传感器92可在拖动按压轮子时立即感测纤维相对于在机器人的前一个转数中施加的纤维的位置。控制器10可监测纤维位置以确保实现期望的大体螺旋形图案(例如特定重叠量)。控制系统可自动调整驱动轮子40C的节距来根据期望重叠或施加节距提供纤维强化材料的一致施加。控制器10可基于来自纤维传感器92的信号而根据感测到的纤维位置调节驱动轮子40C的定向。

机器人方法还能够在施加材料时做出机载质量保证。传统上，检验员必须在完成包覆之后确保质量。出现的主要缺点是纤维与管道壁分层。如果确定存在空间，那么必须往所述点注入环氧树脂来确保当管道被加压时不会发生故障。纤维位置传感器92(或其它纤维位置传感器)可用来检测是否发生分层且因此可报告给操作员。举例来说，位置传感器可定位在机器人上来监测在机器人先前转数中施加到管道内表面的纤维而确定其是否已经分层。

根据本发明的纤维强化材料的自动施加提供了若干优点。手动施加的FRP增强材料的湿式叠层在加固和维修水管中起到良好作用。然而，其是极其劳动密集型的，需要训练有素的员工且仅做大直径管道。通过用机器人10自动操作过程，可减少许多这些问题。机器人10能够比手动操作员工作得更快，具有提高的精确度，工作更长时间且做更小直径管道。机载传感器(例如传感器90A、90B、92)可提供反馈给控制系统用于过程控制或用于后施加质量保证。机器人10还能够放弃不稳定的纤维粗纱，工人无法简单地手工完成之类的。理论上，当施加相同量的材料时，机器人包覆管道应比手工包覆管道更坚固，这是因为由机器人以稳定或不稳定形式放置束的改进精确度。本文所称的机器人可完全自动，仅部分自动或完全受人工控制。

如本文使用，纤维或FRP可包括各种类型的纤维，不论稳定或不稳定，其包括碳(例如碳化纤维强化聚合物(CFRP))和/或其它纤维(例如尼龙、玻璃、石墨、芳香聚酰胺纤维)或具有合适材料特性的其它纤维。FRP抗腐蚀，具有实现完全结构维修的高强度和模数，且在设计和应用两方面提供完全的材料挠性。纤维能够被定向，其定向方式使得强度特性可适于应用来定制。维修还会容易适于通过将更多碳施加到管道壁而简单地处理更多负荷。

传统上，缝合或稳定纤维用于内部FRP管道维修。缝合纤维由大量碳化纤维束(还称为粗纱或粗纤维)组成，每个束由至多5万个别纤维组成，其缝合或纺织在一起来形成单片。如果束被纺织，那么其形成双向或有交叉帘布层的织物。然而，大多数时候使用单向或缝合织物，这是因为其在一个方向(即，仅在一个方向上延伸的纤维强化材料)上的高强度。与使用缝合织物相关联的难点是缝合自身。缝合造成碳化纤维中的波纹以及缝线所在的空间。与碳束自身比较而言，这造成属性的整体损失。

根据本发明，可使用纤维强化材料的稳定矩阵或棉网(例如图3中所示的带98)，其包括稳定在一起的个别纤维强化材料束。举例来说，带98可具有约5cm(约2英寸)的宽度W。所述带是使用如图4中所示纤维束的松散纤维束100所形成。纤维束100是通过将其定位在纵向稳定丝线102之间且将其纺织到横向稳定丝线104之间(在连续横向丝线之上然后在其之下)而稳定。相邻横向丝线104之间的间隔可介于约0.6cm到约3.8cm(约0.25英寸到约1.5英寸)之间。举例来说，横向丝线104可相互间隔达至少约1.3cm(约0.5英寸)或至少约1.6cm(约5/8英寸)。横向丝线104有利于稳定纤维束，但由于存在越多横向丝线，其更会负面影响纤维束的强度特性，所以存在收益递减。纵向丝线102大体平行于各自纤维束100且在其之间延伸。施加到横向丝线104的热金属将其固定到纤维束100且固定到纵向丝线102。在带98的两侧边缘上提供两条纵向丝线102且以交替方式纺织在横向丝线104之间。与缝合织物比较，带98因无需缝合而具有提高的强度。带98实现了更有成本效益的整体维修。纤维束(例如束100)难以通过手工平直，这是因为当饱和到相互粘住且自身粘住时的亲和力。通过将束100并入单向带98中使其稳定利于处理和施加纤维束。然而，如本文讨论，在不脱离本发明范畴的情况下，可使用其它形式的纤维强化材料，例如不稳定束100的棉网。

饱和器(未示出)可提供在机器人10上或作为单件设备提供用于将树脂引入纤维强化材料中。树脂将纤维接合在一起，密封合成物且使纤维保持附接到管道壁。最佳纤维/树脂比期望地提高了整体维修强度，改进了纤维粘到壁的能力且造成较少材料使用/成本。与机器人10连用的饱和器可包括具有可控刮墨刀用于树脂测定的浸渍室以及卷绕区段来建立碳化纤维线轴75或支架来给机器人使用。饱和器与机器人10的分离使得两件设备相互独立运行。然而，饱和器可与机器人10同轴地提供和/或提供在机器人上。可期望整个线轴75的一致缠绕。另外，随着在缠绕过程期间内层因外层而碎裂，树脂含量可变化。同样，如果FRP不稳定，那么束可能会随着其被卷绕而起皱褶。

机器人10可包括额外装置用于制备施加纤维强化材料F的管道。在FRP安装之前，管道表面可由高压水冲击来制备充分接合表面。但在施加纤维之前，可将初级树脂和加厚树脂施加到被冲击的管道壁。初级树脂是将加厚环氧树脂接合到混凝土基板的快速固定环氧树脂。加厚树脂用来再次将表面粉刷平滑以及使碳化纤维具有粘性表面用来附接。所述表面可能需要重新粉刷平滑，这是由于因水冲击操作而在表面中留下了突出处和排阻处。传统上，这些过程都由手工完成，其中初级树脂滚动到所述表面上，且加厚环氧树脂用泥铲施加。

如图1中所示，机器人10可包括一个或多个树脂或环氧树脂施加器120、122用于自动化初级和加厚环氧树脂施加操作。施加器120是喷射装置，其具有喷头120A用于施加初级树脂，且施加器122是推挤装置，其包括推挤尖头122A用于施加加厚环氧树脂。施加器120、122在按压轮子74前面(相对于其行进方向)而安装在框架20上，因此初级树脂和环氧树脂在带98之前被施加到管道壁。施加器120、122都可安装在运动滑片120B、122B上，运动滑片120B、122B使用来自合适传感器120C,122C(例如超声波传感器)的反馈来确保喷头120A和推挤尖头122A与管道壁保持期望间隔。一次性材料容器可被支撑在机器人10上用于将树脂支撑到施加器。因为机器人10可施加催化的树脂，所以应丢弃全部浸湿部分。对于初级树脂系统来说这是期望的，因为初级树脂的短暂灌装寿命在一小时之内。上文描述的控制系统可用于以类似于自动化纤维施加的方式来自动化制备管道内表面的树脂施加。

已经详细描述本发明，应明白在不脱离随附权利要求定义的本发明范畴的情况下可能有修改和变更。

因为在不脱离本发明范畴的情况下，可对上述构造和方法作出各种改变，所以上述描述中所包括和附图中所示的全部内容意欲应解释为说明性而非限制意义。

Claims (18)

1.一种适于在具有纵轴和包括圆周的内表面的管道中旋转的机器人，所述机器人包括：

框架，其具有所述框架适于在使用时旋转所绕着的轴，当所述机器人定位在所述管道中时，所述旋转轴在与所述管道的所述纵轴大体相同的方向上延伸；

多个轮子，其在相对于所述旋转轴的不同径向位置连接到所述框架以在不同圆周位置接合所述管道的所述内表面；

驱动机构，其适于驱动所述轮子中的至少一个使所述轮子沿着所述管道的所述内表面滚动且使所述框架绕着所述管道的所述纵轴在所述管道中旋转；

所述轮子适于沿着所述管道的所述内表面以大体螺旋形路径滚动以当所述框架在所述管道中旋转时沿着所述管道的所述纵轴移动所述框架。

2.根据权利要求1所述的机器人，其中所述轮子中的至少一个可移动地连接到所述框架以允许所述轮子相对于所述框架的所述旋转轴选择性地径向移动。

3.根据权利要求1所述的机器人，其还包括连接到所述框架的材料施加总成，所述纤维施加总成适于当所述框架在所述管道中移动时将材料以大体螺旋形图案施加到所述管道的所述内表面。

4.根据权利要求3所述的机器人，其中所述材料施加总成包括按压构件，其用于当所述框架在所述管道中旋转时抵着所述管道的所述内表面按压材料棉网。

5.根据权利要求4所述的机器人，其中所述材料施加总成包括驱动机构，其适于朝向所述按压构件推进所述材料棉网。

6.根据权利要求5所述的机器人，其还包括材料固定器，其适于固定材料供应用于由所述按压构件施加到所述管道的所述内表面。

7.根据权利要求5所述的机器人，其还包括控制系统，所述控制系统包括与所述驱动机构操作性连接的控制器，且包括用于调整所述驱动机构朝向所述按压构件推进所述材料棉网的速率的指令，使得由所述按压构件抵着所述管道的所述内表面按压的所述材料呈大体非张紧状态。

8.根据权利要求7所述的机器人，其中所述控制系统包括棉网张力传感器，所述棉网张力传感器适于感测所述材料施加总成上的所述材料棉网的张力且产生表示所述棉网张力的棉网张力信号，所述控制器操作性地连接到所述棉网张力传感器且包括指令来作为从所述棉网张力传感器接收的所述棉网张力信号的函数而调整所述驱动机构朝向所述按压构件推进所述材料棉网的速率。

9.根据权利要求3所述的机器人，其还包括调整机构，其适于调整所述轮子中的至少一个相对于所述框架的定向而在当所述框架在所述管道中旋转时改变所述框架沿着所述管道的所述纵轴推进的速率。

10.根据权利要求9所述的机器人，其还包括控制系统，所述控制系统包括与所述调整机构操作性连接的控制器，且包括用于自动调整所述轮子的所述定向的指令，而使所述材料施加总成将纤维以大体一致的螺旋形图案施加到所述管道的所述内表面，其中在一个转数中施加在所述管道中的材料与在前一个转数中施加的材料大体一致地间隔。

11.根据权利要求10所述的机器人，其中所述控制系统包括材料位置传感器，其适于感测由所述材料施加总成施加到所述管道的所述内表面的材料的位置且产生表示所述位置的材料位置信号，所述控制器操作性地连接到所述材料张力传感器且包括指令来作为从所述纤维位置传感器接收的所述材料位置信号的函数而调整所述轮子的所述定向。

12.根据权利要求10所述的机器人，其中所述控制系统包括指令来调整所述轮子的所述定向而在所述框架绕着所述管道的所述纵轴的连续旋转中实现施加到所述管道的所述内表面的材料的大体一致重叠。

13.根据权利要求1所述的机器人，其还包括连接到所述框架的树脂施加器，所述树脂施加器适于当所述框架在所述管道中旋转时将树脂以大体螺旋形图案施加到所述管道的所述内表面。

14.一种将材料施加到管道内表面来强化所述管道的方法，所述方法包括：

抵着所述管道的所述内表面驱动轮子来使所述轮子所连接的框架在所述管道内旋转并沿着所述管道的纵轴移动；

当所述框架在所述管道内旋转时，将材料从材料棉网以大体螺旋形图案施加到所述管道的所述内表面。

15.根据权利要求14所述的方法，其还包括自动调整所述材料棉网被朝向所述管道的所述内表面推进的速率使得所述材料棉网在被施加到所述管道的所述内表面时是大体非张紧的。

16.根据权利要求14所述的方法，其还包括在所述材料棉网被施加到所述管道的所述内表面之前感测其张力且作为所述感测到的张力的函数来调整所述材料棉网朝向所述管道的所述内表面被推进的速率。

17.根据权利要求14所述的方法，其还包括自动调整所述管道中所述框架的每个转数中所述框架沿着所述管道的所述纵轴移动的速率，而将材料以大体一致的螺旋形图案施加到所述管道的所述内表面，其中在一个转数中施加在所述管道中的材料与在前一个转数中施加的材料大体一致地间隔。

18.一种将纤维施加到结构用于强化所述结构的方法，所述方法包括：

朝向按压构件驱动纤维；

相对于所述结构移动所述按压构件来通过将所述纤维按压到所述结构上而将所述纤维施加到所述结构；

自动调整所述纤维被朝向所述按压构件驱动的速率使得由所述按压构件抵着所述结构按压的所述纤维是大体非张紧的。