国外管道机器人的研究进展

国外管道机器人发展起步比较早，一般认为，法国的J．VERTUT较早从事管道机器人理论和样机的研究，1978年他提出了轮腿式管内行走机构模型IPRIV，该机构虽然简单，但起了抛砖引玉的作用。而日本管道机器人众多，东京工业大学航空机械系Shigeo Hirose和HidetakaOhno等于1993年开始研究管道机器人，先后研制成功适用于直径50mm管道的Thes-Ⅰ、Thes-Ⅱ型管道机器人和适用于直径150mm管道的Thes-Ⅲ型管道机器人。美国纽约煤气集团公司(NYGAS)的DaphneD’Zurko和卡内基梅隆大学机器人技术学院的HagenSchempf博士在美国国家航空和宇宙航行局(NASA)的资助下于2001年开发了超长距离、并采用无缆方式的管道机器人系统——EXLORER，专门用于检测地下煤气管道的情况。德国工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国。德国学者BemhardKlaassen、Hermann St—reich和Frank Kirchner等人在德国教育部的资助下于2000年研制成功了多关节蠕虫式管道机器人系统—— MAKRO。加拿大INUKTUN公司的双履带式管内机器人行走机构，履带采用刚性支承结构，两履带的夹角可以调节，以适应不同的作业管径。两履带调节到平行位置时，可以在平地或矩形管道内行走。但这种刚性支承的双履带式管内机器人行走机构的两履带夹角在行走过程中是无法改变的，因此不适应管径变化的作业场合。Kawaguch等研制的管道检测机器人系统只适用于200mm的管道，而且一次作业的检测距离不大于500m；Kuntze等采用四轮独立伺服驱动方案研制成管道检测机器人系统KARO，该机器人系统只能实现对200mm管径的地下输水管道的检测，一次检测距离为400m，系统采用拖缆控制方式。63240

国内管道机器人研究进展

而中国国内内管道机器人研究进展和研究起步较晚，而且多数停留在实验室阶段。哈尔滨工业大学邓宗全教授在国家“863”计划课题“X”射线检测实时成像管道机器人的研制”的支持下，开展了轮式行走方式的管道机器人研制。该机器人具有以下特点：(1)适应大管径(大于或等于直径900mm)的管道焊缝X射线检测。(2)一次作业距离长，可达2km。(3)焊缝寻址定位精度高为±5mm。(4)检测工效高，每道焊缝(直径900mm为例)检测时间不大于3min；实现了管内外机构同步运动作业无缆操作技术，并研制了链式和钢带式两种新型管外旋转机构，课题研究成果主要用于大口径管道的自动化无损检测 。

上海大学研制了“细小工业管道机器人移动探测器集成系统”。其主要包含20mm内径的垂直排列工业管道中的机器人机构和控制技术(包括螺旋轮移动机构、行星轮移动机构和压电片驱动移动机构等)、机器人管内位置检测技术、涡流检测和视频检测应用技术，在此基础上构成管内自动探测机器人系统。该系统可实现20mm管道内裂纹和缺陷的移动探测 。

上海交通大学研制出一种呈正方形体，由12个蠕动元件组成的管内蠕动机器人，外形尺寸为35mm×35mm×35mm，体重195g(包括控制电路)，步行速度为15mm／min，共有12个自由度，由SMA(形状记忆合金)与偏置弹簧组成一个驱动源，共12个驱动源。能实现管内上、下，左、右，前、后的全方位运动论文网，能通过直管、曲率半径较大的弯管，以及L型、T型管 。

在北京市优秀人才项目的资助下，进行了仿蝎型管道机器人的研究工作。选择蝎子作为管道机器人模仿的对象，一方面是因为蝎子能在较复杂的地形上轻易而顺利地行走，另一方面是因为蝎子的反射作用要比那些哺乳动物要简单得多，控制算法较易实现。仿蝎管道机器人可以相对较易地跨过比较大的障碍，并且机器人的足所具有的自由度可以使机器人的运动更加灵活，可以在可达到的管面上选择最优支撑点，即使在管面极度不规则的情况下，通过严格选择足的支撑点，也能够行走自如，对凹凸不平表面的适应能力更强