柔性蠕动管道机器人的运动分析#
 

摘要：本文提出了一种柔性蠕动管道机器人，带有电磁轮行走装置。该机器人用于检测结构复杂的管道内部情况。由于传动装置和移动装置的特殊设计，机器人可以实现蠕动行走和自主转弯。当管道直径改变时，机器人能够自动改变支撑结构以适应不同管径的行走要求。机器人仅由一个电机驱动，提高了系统的结构紧凑性和电机的利用率。对机器人的直线蠕动行走进行了运动分析和受力分析，并提出了直线蠕动行走的条件。通过分析和仿真，证明了改设计的有效性。
 

关键词：机械电子工程；自适应；管道机器人；蠕动行走；运动分析

0 引言
随着经济和社会的发展，各种各样的管道得到了广泛地应用，现代工业、农业及日常生
活中都离不开管道，管道成为物质输送的重要工具之一。保障这些管道系统的安全性和有效
性至关重要。管道机器人是工作在输送管道内，用于完成管道缺陷检测、修复等的智能装置，
是保障管道安全的重要工具。
国内外已经研制了多种管道机器人。国外的如日本Toshiba 公司开发了世界上第一台微
型管道检测机器人[1]。韩国Ryew 成功研制了管道检测机器人系统MRINSPECT[2-4]。日本
Osaka 煤气公司的Y.Kawaguchi等人研制的管道检测机器人采用内外轮结构[5]，由电动机驱
动的内轮为磁性轮。瑞士学者Fabien Tache 等人[6-7],研制了一种采用磁吸合装置实现复杂形
状管道内结构检测的机器人。国内哈尔滨工业大学邓宗全等开发了海底管道系统检测机器人[8]。
由于管道内环境复杂，空间有限。因此管道机器人的设计要求驱动单元结构简单、驱动
效率高，同时对复杂的管内环境具有自适应能力。基于上述应用需求，提出了一种具有柔性
驱动软轴及电磁吸合装置的柔性管道蠕动机器人。本文阐述该机器人的基本结构和行走动力分析及仿真结果。

6 结论
通过上面的分析计算可见，所提出的柔性蠕动管道机器人的机构能够实现在变径管道内的自适应行走。计算了机器人行走速度公式和直线蠕动行走的条件，并用计算机对其进行了建模和仿真。整个机器人的直线运动，仅通过一个电机驱动完成，驱动系统简单，是一种机构新颖的管道机器人。分析和仿真的结果验证了机器人的可行性。
 

[参考文献] (References)
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[3] Choi H R, Ryew S M . Robotic system with active steering capability for internal inspection of urban gas pipelines. Mechatronics,2002,16 (12)：713-736.
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[6] Tache,F. Fisher, W.Moser etc. Adapted magnetic wheel unit for compact robots inspecting complex shaped pipe structures[C]//Proceedings of IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics,September 4-7, 2007, Zurich, Switzerland, Zurich: IEEE,2007：1-5.
[7] Fischer W, Caprari G; Siegwart R, et al. Compact magnetic wheeled robot for inspecting complex shaped
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[8] 邓宗全,陈军,姜生元,等.六独立轮驱动管内检测牵引机器人.机械工程学报, 2005, 41(9): 67-72.