新型可变形串联管道检测机器人：设计、建模及实验

摘要

面向油-气管道日常维护和检测的重大需求，提出了一种具有自适应变形能力的模块化管道检测机器人RoboChain-Ⅰ。与多数轮式管道机器人不同，该机器人采用细胞启发的模块化仿生设计，具备更灵活的关节冗余转动自由度，可根据管道形状及管径变化主动变形。单体模块采用双轮独立驱动，前后各设置一对俯仰、偏航作动机构，模块间由可被动伸缩的弹簧阻尼支撑结构或可控电磁吸附分离的刚性结构连接，提高了机器人复杂管道通过能力和适应性。对机器人管道内运动受力进行建模，利用Adams实现其运动学仿真，对模型设计参数选择进行了验证。最终，RoboChain-Ⅰ完成了地面、直管、弯管、变径管道及整机子母主动分离的通过实验，验证了机器人在175～440 mm管径范围内实现三维复杂管网检测作业的有效性和可靠性，最大运动速度达0.87 m/s（地面）与0.4 m/s（管内）。

关键词

管道检测 / 可变形机器人 / 冗余自由度 / 运动控制 / 模块化设计