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自上世纪80年代以来，国内外管道机器人的研究成果已经很多，对于诸如煤气和石油等大口径管道检测装置的结构、原理有了较多的研究。但对内径尺寸在20mm以下的细小管道、特殊管道(如变径管道、U形管、T形管及L形管)的微小型管道机器人研究尚处于探索阶段，离实际应用还有一定的差距。近几年，国内外提出了惯性冲击、轮式驱动、仿生蠕动、螺旋推进等运动方式，并且在样机研制方面取得了突破。但大部分机器人还只能运行一般的直管道，在实际工程中被广泛应用的变径管道、U形管道的检测机器人还处在试验开发阶段，通用性也很差。由于该类管道在各个领域的广泛应用，因此研发该类机器人极具吸引力。85041

在国外，1998年，德国把管道机器人做成四轮驱动，类似于汽车的伺服系统如图1-1。

图1-1 四轮驱动管道机器人

1999年，在ASA基金以及国防军事的帮助下，西班牙开发出一种输水管道内的机器人系统，该系统的动力来源于水流喷射产生的冲力，并且还拥有2个摄像装置如图1-2。 图1-2 输水管道内机器人

同年，日本还开发了螺旋型管道机器人系统，该系统里包含了斜轴驱动轮、伺服电机传动机构等，如图1-3。

图1-3 螺旋型管道机器人

此外，德国西门子公司研制出可在管道里爬行的仿蜘蛛管道机器人。该机器人在爬行过程中用脚撑住管壁，因此它可以在任意形状的管道内运动。它不仅适合在水平管道中运动，在垂直管道中机器人的腿也能支撑起身体的重量并自由行走。其运动仿真如图1-4所示。整个管道蜘蛛机器人由16个微型伺服电机驱动。伺服电机的最大扭矩为95N。cm，自重1。3kg。该机器人可以在管径为80一300mm的管道中行走，最大移动速度0。3而s，最大可带动700g负载，机器人每条腿的小腿末端都覆盖有触觉传感器薄膜，来测量小腿与管壁接触处压力的大小和方向。多腿结构可适应复杂管道，但是结构及控制都比较复杂，且驱动力不足。

图1-4  仿蜘蛛管道机器人运动示意图

最近，国外加快了对管道机器人的研究，而管道机器人也根据不同的驱动方式被划分成许多类型。

在国内，管道机器人的研究起步较晚，但在国家863计划和自然科学基金委的资助下，以上海大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、广东工学院等为代表的院校，开展了卓有成效的工作，取得了一系列成果。

管道检测微型机器人是国家863计划微型机电系统（MEMS）预先启动项目指南应用系统技术支持的项目之一，面向化工、制冷、电站等行业存在的众多细小管道。主要研究内容包括：①驱动和控制技术研究；②无损检测微型传感器研究；③系统集成技术研究。主要参考技术指标为：适应管径不大于20mm;水平管道内移动速度不小于4mm/s，垂直管道内移动速度不小于10mm/s；携带微型CCD或其他探伤传感器，能可靠地进行无损探伤。

上海交通大学研制的小口径管道内蠕动式移动机器人，如图1-5所示，它是模仿昆虫在地面爬行时蠕动前进与后退的动作设计的。其主要机构由支撑机构1、汽缸2、软轴3、弹片4、管道5组成。蠕动运动为：汽缸2a动作活塞左移，松开前撑脚；汽缸2c动作活塞左移,撑紧后撑脚;汽缸2b动作活塞左移,使汽缸2a前进;汽缸2a动作活塞左移，撑紧前撑脚；汽缸2c动作活塞左移，松开后撑脚；汽缸2b动作活塞右移，使汽缸2c前进。机器人整体尺寸Φ52。24×328mm，牵引力可达50N，可越过4。5mm高的凸台，也可在-50至+50的锥度管内行走。

图1-5 汽缸蠕动式移动机器人

上海交通大学的颜国正等在国家863计划和国家自然科学基金委的资助下，开展管内移动微小型机器人方面的研究。研制出了多关节电磁蠕动机器人，微小型压电驱动惯性冲击式机器人，以及微小型电磁驱动惯性冲击式机器人。其中电磁蠕动机器人由三个驱动单元件、弹性密封膜、前舱组成，其尺寸为Φ7×60mm，重5g。驱动器采用动圈式结构，由导磁套筒、永久磁体、导磁端盖、导磁壳体构成。机器人的驱动器各节之间用万向节相连以增加其柔性。可携带光学成像、传像、内部照明装置自动进入微小管道，实现对管内表面状况的成像和图像传输。 (责任编辑：qin)