1管道机器人国外研究现状

管道机器人项目由来已久。其中，研发活动最为频繁、取得成果最多的当属于日本。1986年，日本学者福田敏男和西英贝夫研制出了可以通过90°直角弯的管内移动机器人。该机器人由头部和本体利用联轴器铰接而成，头部和本体可相对回转。当机器人前进时，机器人本体上的驱动电机通过减速机构带动驱动轮旋转，使机器人直线行走。当机器人转弯时，头部在电机驱动下调整姿态，适应管道转弯半径，同时驱动导向轮履带，引导机器人转弯[3]。如图1-1所示。83827

轮式管道机器人

1997年，日本东芝公司研发出一款履带式管道移动机器人。机器人采用两侧履带驱动，前部安装CCD高清摄像头，能智能识别管内异物，并利用机械手臂进行简单清除[4]。但是，由于这种机器人轮径太小，越障能力有限，暂时未被市场接受。如图1-2。论文网

“东芝”履带式管道机器人

随着相关技术的成熟，管道机器人已经逐步被应用于工程实践。2013年，加拿大石油设备研究所研发的三足腿式石油管道机器人，利用三组支撑脚弹压管壁，多腿协作运动。该机器人可以获得较大的支撑力，能够在石油管道中垂直升降，转弯。该机器人已经广泛应用于石油、核电、化工领域。如图1-3。

加拿大腿式石油管道机器人

2管道机器人国内研究现状

国内的管道机器人项目起步较晚，研究活动多集中于高等院校研究所。其中比较有代表性的是清华大学研制的蠕动式管道机器人。该机器人灵感取自地面上蠕动前进的昆虫，由结构完全相同的前部、后部和蠕动身体通过挠性轴连接构成。前部和后部有8个均匀排布的直线气缸，可以驱动橡胶足与管壁压紧或松开。蠕动式管道机器人运动原理为：前部橡胶足松开，后部橡胶足压紧，对机器人身体形成支撑。蠕动部分膨胀，驱动机体向前运动。前部橡胶足压紧，后部松开，蠕动身体缩回原长带动尾部向前运动。然后进入下一个循环。这种运动方式运动速度较慢，且结构复杂，难以实现理论上的运动。但是基于蠕动式开发的机器人体型微小，主要应用于医疗领域。图1-4为蠕动式管道机器人概念图。

蠕动式管道机器人

上海交通大学针对微型工业毛细管道，研发了电磁驱动微型管道机器人，驱动系统由4节电磁驱动单元组成，驱动原理类似于昆虫蠕动爬行。它是通过给线圈加载一系列时序脉冲控制，依次使各单元动作。此外，广州工业大学针对管道机器人管内定位技术进行了深入研究，开发了利用管道焊缝和磁信号标记原理进行管内定位的方案，实现了厘米级定位精度。

近年来，管道机器人在我国已经有了很多成功的商业应用案例。2010年，北京某公司针对工业设备管道自行研制的管道内窥爬行机构，实现自动中心定位、自动/手动爬行、自动对焦、自适应变半径等功能，在化工领域得到了广泛的应用。2015年，北京凤凰大厦采用自主研制的履带式空调管道机器人，完成了对整栋大厦中央空调系统管道的清理和检测，清理里程达到1300m，检测隐患漏洞10余处，为业主单位避免直接经济损失100余万元