伸缩式管道机器人的研究与设计

管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析一、结构设计：1.机器人主体结构：管道攀爬机器人的主体结构一般由多个可伸缩的模块组成，每个模块包括一个电机、行走轮和一个伸缩杆。

2.伸缩机构：机器人通过伸缩杆来适应不同管道尺寸。

伸缩杆一般采用多节设计，每个节段之间通过齿轮或链条进行连接，以实现伸缩功能。

3.行走轮和传动机构：机器人采用行走轮来实现在管道内的行走。

行走轮通常由橡胶材料制成，提供良好的摩擦力。

传动机构一般为电机与行走轮的传动装置，通常采用齿轮传动或链条传动。

4.控制系统：机器人的控制系统包括传感器、执行器和控制器。

传感器可以感知机器人的位置、姿态和环境条件等信息，以便进行自主导航和任务执行。

执行器包括电机和伸缩杆等组件，用于控制机器人的运动和伸缩。

控制器负责接收传感器信息，并根据预设的算法控制机器人的运动。

二、行走动力特性分析：1.爬行速度：管道攀爬机器人的爬行速度取决于行走轮的直径、电机的转速和传动机构的设计等因素。

一般来说，机器人爬行速度应该足够快，以提高任务完成效率。

2.负载能力：机器人承载工具和传感器进行任务执行，因此需要具有较大的负载能力。

负载能力的大小与机器人的结构强度和设计参数有关。

3.自稳定性：机器人在管道内行走时需要具备较好的自稳定性，以应对管道内的复杂环境。

自稳定性主要通过控制系统实现，通过传感器检测机器人的姿态和环境条件，并及时做出调整。

4.能耗与动力供应：管道攀爬机器人通常采用电池供电，因此需要考虑能耗和续航时间。

一般通过优化结构设计和控制算法，减小阻力和能耗，延长电池寿命。

5.适应性：管道攀爬机器人需要适应多种管道的尺寸和形状。

因此，其结构设计应具有一定的自适应性，能够根据管道的不同尺寸进行伸缩和调整。

综上所述，管道攀爬机器人的结构设计和行走动力特性是保证机器人能够在管道内进行任务执行的关键要素。

通过合理的结构设计和动力调节，可以使机器人具有较高的工作效率和可靠性，适应不同尺寸和形状的管道。

管道巡检机器人的设计与实现随着工业自动化的不断发展，各行各业对于机器人的需求也越来越高。

在石油、化工等行业中，管道的巡检一直是一项重要且繁琐的工作。

传统的管道巡检方式需要人工参与，不仅费时费力，而且存在安全隐患。

因此，设计并实现一款管道巡检机器人成为了行业内的迫切需求。

一、设计理念管道巡检机器人的设计理念是结合机器人技术与无人机技术，通过对管道进行全方位的巡检，确保管道的正常运行。

机器人需要具备自主导航、障碍物避让、安全监测等功能，以应对复杂和危险的工作环境。

二、关键模块（一）自主导航模块：机器人需要通过激光雷达、视觉传感器等设备获取周围环境的信息，并通过内置的导航系统确定行进路径。

同时，机器人需要具备SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，同时定位与地图构建）能力，以保证行进轨迹的准确性和稳定性。

（二）机械臂模块：为了能够对管道进行全方位的巡检，机器人需要搭载灵活且可伸缩的机械臂。

机械臂上配备摄像头、传感器等设备，可以对管道的细节进行检查和记录。

机械臂模块还需要具备深度学习算法，能够对检测到的异常情况进行分析和预警。

（三）传感器模块：机器人需要搭载各种传感器，如温度传感器、振动传感器、气体检测传感器等，以实时监测管道的运行状态。

这些传感器要能够准确感知管道内部的各项指标，并将数据传输给控制中心，以便对异常情况及时处理。

（四）通信模块：机器人要能够与控制中心实时进行数据交互和信息传输。

通过无线通信技术，机器人可以将巡检数据、管道状态等信息上传到云端，以供后续的数据分析和处理。

三、实现技术（一）导航定位技术：利用激光雷达、视觉传感器等设备获取机器人周围环境的信息，通过内置的导航系统进行路径规划和优化，从而实现自主导航的能力。

（二）机械臂技术：采用灵活且可伸缩的机械臂，通过精确控制机械臂的运动，实现对管道的巡检。

同时，机械臂上配备的摄像头、传感器可以获取管道内部的详细信息。

一种伸缩支撑式双目无线管道探测机器人的设计与实现作者：徐海钦张宏伟梅学雪李啸云张丽来源：《科技资讯》2020年第02期摘; 要：在管道运输中，管道的管壁常常会因为各异的介质侵蚀，导致管道漏孔、裂纹，发生泄漏事故，由于管道所埋设的位置和周遭环境的特殊性，传统的机器人难以满足探测需求。

该文设计了一种新型管道探测机器人，利用特有的伸缩支撑式机械机构，实现在水平、竖直和弯道管道中的运行。

此外，还设计了双目立体视觉系统，实现在复杂恶劣的管道环境中的三维立体识别和检测。

实验结果表明，该机器人可以在管径为300～800mm的運输油、气、水或缆线的管道中实现故障检测和定位，具有适应各种管道环境且准确定位的优点。

关键词：管道探测; 机器人; 伸缩支撑式; 视觉系统中图分类号：TP242 ; ;文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（b）-0018-03Abstract： In pipeline transportation， the pipe wall often leaks due to various media， causing leakage， cracks and leakage accidents. Due to the location of the pipeline and the special environment around it， traditional robots are difficult to meet the detection requirements. Therefore， this paper studies and designs a new type of pipeline detection robot， which uses a unique telescopic support mechanism to achieve operation in horizontal， vertical and curved pipelines. In addition， a binocular stereo vision system is designed to achieve three-dimensional stereo recognition and detection in complex and harsh pipeline environments. The experimental results show that the robot can realize fault detection and positioning in the pipeline of transportation oil， gas， water or cable with the diameter of 300mm-800mm， which has the advantages of adapting to various pipeline environments and accurately positioning.Key Words： Pipeline detection; Robot; Telescopic support; Vision system管道运输[1-2]是一种重要的运输方式，为了提升管道使用的安全性，需要定期对管道进行有效的检测、探查和维护，故检测管道内部的探测机器人随之应运而生。

管道内部传输机器人的研究与制造I. 介绍管道内部传输机器人是指一种能够在管道内部进行自主行动的机器人。

该机器人是由传感器、执行器、控制系统等设备组成，通过在管道内部传输不同的物品或进行检修和维护等任务。

管道内部传输机器人在各个行业都有广泛的应用，特别是在石油、天然气、水处理等领域。

II. 设计与构造管道内部传输机器人的设计和构造比较复杂，一般需要根据具体的管道参数和使用要求进行设计。

该机器人的主要部件包括：轮组、电池、传感器、控制模块等。

1. 轮组设计机器人传输管道内部时需要具备一定的机动性和灵活性。

轮组是机器人的运动基础，也是移动灵活性的关键。

常见的轮组类型包括：链式履带式、摩擦轮式、气囊轮式等。

2. 电池设计电池为机器人提供能量，保证机器人持续工作。

电池的容量和类型需根据机器人工作负荷确定，同时需要满足安全、轻便等要求。

3. 传感器设计传感器是机器人进行感知和自主行动的核心。

在管道内部工作时，需要采用一定的传感技术保证机器人的安全和稳定性。

常见的传感器类型包括：红外传感器、多点温度传感器、压力传感器、光纤传感器等。

4. 控制模块设计控制模块是机器人的大脑，决定了机器人的行为和决策。

控制模块一般由多种控制算法相结合，以保证机器人自主行动的稳定和安全。

III. 应用领域管道内部传输机器人在各个行业中都有广泛的应用。

特别是在石油、天然气、水处理等领域。

1. 石油工业石油工业是管道内部传输机器人的主要应用领域之一。

机器人在石油管道中进行检查和清扫任务，响应速度快、操作便捷，减少了操作人员的风险。

2. 天然气工业管道内部传输机器人在天然气工业中也有广泛应用，能够检查管道中的阀门和泄漏等，有助于提高天然气产量和降低安全风险。

3. 水处理工业管道内部传输机器人在水处理工业中也起到了重要的作用，能够检查管道的水质和水流量等参数，帮助相关的运营人员及时发现异常情况，保障水处理工艺的稳定性和安全性。

IV. 前景展望随着自动化技术的不断发展，管道内部传输机器人在未来将会有更广阔的应用前景。

液压驱动伸缩式管道机器人设计作者：宋海强王述博来源：《中国科技纵横》2015年第08期【摘要】管道是物质和能源输送的重要工具之一，被广泛应用于核电、煤气、石油、医疗等多个领域。

管道机器人作为一个运输工具广泛应用于管道的检测、维护等工作中。

管道的检测对于提高产量和效率具有重要的作用，研制液压驱动伸缩式管道机器人装置对提高测井技术有着重要意义。

文章介绍了一种液压驱动伸缩式的管道机器人的方案设计，相比其它的驱动方式具有更大的牵引力和牵引速度，希望能给从事本行业的同仁们一点参考依据。

【关键词】液压驱动伸缩式管道机器人在航空航天、国防、石油天然气、化工业、市政等领域中，管道机器人因具有可控性强、作业范围广等特点被广泛应用于各种管道内的机能动作实现、检测和维护等。

目前国内外对管道机器人的研究较为广泛。

大多数已实用的管道机器人多以电力驱动电机直接作为机器人的动力。

在管道内径的限制条件下，特别是动作较多的机器人，必然需要每个动作都需要至少一个电机驱动，这往往导致机器人传动机构较为复杂，给设计、加工、装配等带来困难，从而带来成本的高昂和可靠性降低。

国外现已有部分领域开始探索使用液压动力驱动机器人，不同的动作之间只需要简单的管线连接即可实现动力的传递，具有结构简单、可靠性高、便于控制等优点。

1液压驱动伸缩式管道机器人技术现状液压驱动伸缩式管道机器人的主要特征是设备本体携带微型液压站，为机器人的各个动作提供动力，实现前端抓靠—收缩—后端抓靠—前端放松—伸出的循环前进过程。

目前国外几家公司已针对石油领域开发了几款液压驱动伸缩式管道机器人，并投入了实际使用，国内目前没有此类的研究应用。

Schlumberger公司伸缩式爬行管道牵引器系统外径为54mm，长度9.8m，速度为671m/h，牵引力大小为445kg。

Smartract公司伸缩式牵引器先后在加拿大和墨两哥湾进行了测井作业，不借助其他设备，其牵引距离接近12192m。

技术Special TechnologyI G I T C W 专题64DIGITCW2021.02随着我国经济实力以及科学技术的不断提升，机械物理学、电子科学技术、计算机系统、数据信息传送感应技术，以及人工智能设备等相应的科学被不断研发和应用。

建筑楼道以及地面的清洁机器人已经逐渐进入到人们的视野中，并且实际使用和操作，清洁机器人可以有效减少整体工作模式的劳动强度，节省人力资源以及提升清洁效率。

1 楼道清洁机器人工作原理随着我国经济能力以及科学技术水平不断提升，建筑行业得到了快速发展，为此楼道清洁机器人设施已经成为现阶段人们生活与工作的重要组成部分。

而现阶段大多数建筑为了不断提升楼道清洁效率和质量，相继使用升降伸缩式楼道清洁机器人。

加上实际清洁过程中，升降伸缩式楼道清洁机器人可以有效、灵活的实现楼梯攀爬、楼梯整体清洁、横跨门槛等相对复杂的楼梯清洁工作。

尤其是设备在实际操作和运转时，升降伸缩模式的整体设备结构，可以帮助机器人快速实现攀爬楼梯，而在平面，清洁机器人在升降伸缩式结构，可以随时调整机器人行驶状态。

其中机器人三个横向的驱动零部件在其内部的实际作用条件下，可以帮助楼道清洁机器人的十字接触履带及时脱离地面，最终实现升降伸缩式楼道清洁机器人的各个方向运动。

而设备清洁的区域则使用喷头喷水设置、强力清洁盘装置、吸水装置等，可以从根本上提高设备运行效率和质量。

2 清洁机器人结构方案设计对于建筑高层楼道清洁机器人的内部结构来说，升降伸缩式清洁机器人主要由升降区域方案设计、伸缩区域方案设计以及清洁区域方案设计共同组成。

其中机器人运动模式则主要由上下升降方面、左右伸缩方面以及清洁方面共同结合，有效完成和实现针对面以及楼梯的全面清洁。

2.1 升降伸缩模式方案设计在高层建筑楼道清洁机器人功能设计和性能使用方面，其设备升降区域主要由几个方面共同运作。

其中包含：内部结构支架固定的垂直导向轨道、设备内部电机零部件、运行齿轮以及配合齿轮运行的长距离轴向。

前言 (ⅰ)目录 (ⅱ)中文摘要 (ⅲ)第一章概述 (1)1.1机器人概述 (1)1.2管道机器人概述 (3)1.3国内外管道机器人的发展 (4)1.3.1国内管道机器人的发展 (4)1.3.2国外管道机器人的发展 (6)1.4 机器人的发展景 (8)第二章总体方案的制定与比较 (10)2.1 管道机器人设计参数和技术指标 (10)2.2总体结构的设计和较 (10)第三章部件的设计和算 (15)3.1 管道机器人工作量算 (15)3.3 撑开机构和放大杆组的计 (24)第四章其他 (32)5.1 大小锥齿轮的设计和核 (32)5.2 轴Ⅰ的设计和核 (35)5.3 键的校核 (44)在工农业生产及日常生活中，管道应用范围极为广泛。

在管道的使用过程中，会产生管道堵塞与管道故障和损伤，需要定期维护、检修等。

但管道所处的环境往往是人们不易达到或者不允许人们直接进入，所以开发管道机器人就显得尤为重要。

以金属冶炼厂管道清洁机器人为研究目标，根据其工作环境和技术要求设计了一种可适应φ700mm-φ1000mm管道的管道清洁机器人。

该管道机器人采用三履带式的可伸缩行走装置，操作装置为2个自由的的操作臂，末端操作器上安装有吸尘头，吸尘头吸起的灰尘通过吸尘软管收集在装灰箱体内。

当灰尘装满后，机器人行走到倒灰口，打开卸料门，将灰尘倒掉。

本次设计主要对管道清洁机器人进行结构设计，利用三维参数化特征建模软件Pro/Engineer建立了管道清洁机器人的三维模型，生成了机器人主要零部件的工程图。

对管道机器人中的主要机构进行动态仿真，验证了所设计机构的正确性。

最后对主要零部件进行了设计校核计算，并简单叙述了该机器人控制方案。

第一章概述1. 1 机器人概述机器人----这一词最早使用始于1920年至1930年期间在捷克作家凯勒尔*凯佩克（Karel capek）的名为"罗莎姆的万能机器人"的幻想剧中，一些小的人造的和拟人的傀儡绝对地服从其主人的命令。

管道检测机器人自适应运动机理研究与机构设计管道检测机器人自适应运动机理研究与机构设计随着工业自动化的快速发展，管道检测机器人作为一种重要的无人操作设备，广泛应用于石油、化工、供水等领域。

然而，传统的管道检测机器人在进行复杂管道内部的检测任务时，往往面临着机器人体积大、机构复杂、运动不稳定等问题。

本文将探讨管道检测机器人的自适应运动机理研究与机构设计，旨在提高机器人在管道内的运动稳定性和适应性。

一、管道检测机器人自适应运动机理研究自适应运动机理是指机器人在管道内部行驶时，能够根据环境条件的变化，自主调整运动参数以适应不同的工作场景。

在机器人的运动控制系统中，引入传感器和反馈机制是实现自适应运动的关键。

通过视觉传感器、陀螺仪等传感器采集周围环境的信息，并将这些信息反馈给机器人的控制系统，从而实时调整机器人的运动参数，保证机器人的稳定性和安全性。

除了传感器和反馈机制，自适应运动机理还涉及到路径规划和运动轨迹控制。

在管道内部行驶过程中，机器人需要根据管道的曲率、内部障碍物等信息，选择合适的路径，并通过控制机构的运动实现精确的轨迹控制。

因此，研究机器人的路径规划算法和运动轨迹控制策略，对提高机器人的自适应运动能力具有重要意义。

二、管道检测机器人机构设计机器人的机构设计在保证机器人功能的基础上，还要考虑到机器人在管道内部的运动稳定性和适应性。

传统的管道检测机器人通常采用履带或轮式结构，但这种机构存在着运动不稳定和容易卡住的问题。

为了解决这些问题，本文提出了一种基于气动推进的管道检测机器人机构设计。

该机构设计采用气动推进技术，通过喷射气体产生的推力来推动机器人在管道内行驶。

相比于传统的履带或轮式结构，气动推进机构具有更好的运动稳定性和适应性。

在设计过程中，需要考虑机器人重心的位置、推进力的大小和方向等因素，以实现机器人在管道内的平稳行驶。

此外，为了进一步提高机器人的适应性，还可以在机器人的机构中引入柔性结构。

具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析1. 本文概述在当今快速发展的技术时代，管道机器人的应用日益广泛，尤其在复杂环境下的管道检测、维修和清理等方面发挥着重要作用。

传统管道机器人在面对不同直径、弯曲度和粗糙度的管道时，往往表现出适应性不足的问题。

针对这一挑战，本文提出了一种新型的具有自适应能力的管道机器人的设计与运动分析。

本文首先概述了管道机器人的发展背景和现有技术的局限性。

随后，详细介绍了所设计的自适应管道机器人的结构和工作原理。

该设计采用了模块化组件，以适应不同管道的尺寸和形状。

特别强调了机器人的自适应能力，包括柔性的机械臂和可变形的履带系统，这些设计使得机器人能够在不同类型的管道中灵活运动。

本文还进行了详尽的运动分析，包括机器人在管道内的运动学模型和动力学模型。

通过仿真和实验验证了机器人设计的有效性和适应性。

本文讨论了该设计的潜在应用场景和未来发展方向，旨在为管道机器人的进一步研究和应用提供理论和实践基础。

2. 相关工作与研究现状自适应能力管道机器人的设计与运动分析领域，首先需要回顾管道机器人的发展历程及其分类。

传统管道机器人主要分为轮式、履带式和蠕动式等几种类型。

轮式和履带式机器人在直线管道中表现良好，但在弯曲管道中则受到限制。

蠕动式机器人虽能适应复杂管道，但其速度和稳定性有待提高。

近年来，随着材料科学和驱动技术的进步，新型管道机器人如蛇形、折叠式等设计逐渐出现，它们在复杂管道中的自适应能力得到了显著提升。

驱动机制的创新：研究新型驱动方式，如形状记忆合金（SMA）、电活性聚合物（EAP）等，以提高机器人在不同环境下的自适应能力。

结构设计与优化：通过仿生学原理，设计出能适应复杂管道环境的机器人结构，如模仿蛇类的运动方式等。

传感器与控制系统的集成：开发集成化的传感器和控制系统，使机器人能够实时感知环境变化并作出相应调整。

运动学分析与仿真：运用计算力学和动力学原理，对机器人在不同管道环境中的运动进行建模与分析，优化其运动策略。

北京航空航天大学科技成果——伸缩式管道机
器人装置
成果简介
管道机器人属于特种机器人的研究范畴，是一种可在管道内部或外部自动行走、携带一种或多种传感器及操作机械，在工作人员的遥控操作或计算机自动控制下，进行一系列管道作业的机、电、仪一体化系统。

目前常见的管道机器人有轮式管道机器人与履带式管道机器人，普遍存在牵引力差、越障能力差，且体积较大，只能适用于大口径管线等问题。

此外，由于地下管线往往深埋，铺设环境复杂，目前各类管道机器人所使用的定位技术均有或多或少的缺陷。

GPS定位与电磁定位方法无法应用于深埋地下管线中机器人的定位；单一里程计定位误差较大，且不能获得机器人运动的三维姿态；视觉定位方法目前大多处于研究阶段，实际应用中还有诸多问题。

此外，上述技术更难以获得被检测地下管线的三维坐标。

针对上述问题，本项目开发出一种新型管道机器人装置，主要面向非开挖技术铺设的各类地下管线，具备双向行走能力、较强的爬坡能力和优异的环境适应能力，并能适应多种不同口径的管道。

此外，机器人前端配有CCD摄像头，并配有上位机系统，用户可在上位机实时观察管道内部视频图像。

与现有的管道机器人相比，该项目优势在于：
1、主体结构采用多节模块设计，便于机器人顺利通过弯曲管道；
2、机器人达到IP68的防护等级，能够长时间在地下恶劣的环境
中使用；
3、能自动检测锁止机构是否可靠锁止；
4、设计有非接触式的限位控制装置，防止机器人动作超出安全行程；
5、克服现有管道机器人无法准确进行自主定位的缺点，机器人配有惯性导航模块，能对机器人自身姿态和地下管线的三维坐标进行准确定位；
6、机器人与上位机的通讯采用直流载波通讯技术，传输距离远，抗干扰能力强。

一种伸缩支撑式双目无线管道探测机器人的设计与实现一、引言随着科技的不断进步，机器人技术已经在各个领域得到了广泛应用，其中包括在管道探测领域。

传统的管道探测方法存在着人力不足、工作效率低、安全风险大等问题。

设计一种能够自主进行管道探测的机器人成为了现实需求。

本文将介绍一种伸缩支撑式双目无线管道探测机器人的设计与实现。

该机器人具有双目摄像头，能够通过无线连接实现远程控制，具有伸缩支撑功能，能够适应不同直径的管道。

通过该机器人，可以实现对各种类型管道的快速、准确的探测，提高工作效率，降低安全风险。

二、设计方案1. 结构设计伸缩支撑式双目无线管道探测机器人采用轮式结构，主要由车身、伸缩支撑装置及控制系统组成。

车身部分包括机器人主体、电池、电机及摄像头等。

伸缩支撑装置采用可伸缩的结构，能够根据管道直径进行伸缩调节，从而保证机器人能够适应不同直径的管道。

控制系统采用无线遥控的方式，可以方便地对机器人进行远程控制。

2. 功能设计（1）双目摄像头：机器人配备双目摄像头，能够实现对管道内部的双重视角观测，并将采集到的图像数据传输至控制中心。

（2）伸缩支撑功能：机器人具有伸缩支撑装置，能够根据管道直径进行伸缩调节，从而能够适应不同直径的管道。

（3）无线遥控：机器人采用无线遥控的方式进行控制，操作人员可以在安全区域对机器人进行远程控制，提高工作安全性。

（4）数据传输：机器人通过无线连接将采集到的图像数据传输至控制中心，实现实时监控和数据采集。

三、实现方法伸缩支撑装置由伸缩支架和支撑脚两部分组成。

伸缩支架采用多段式设计，通过伸缩杆的伸缩，能够实现对管道直径的伸缩适应。

支撑脚采用独立可调节式设计，能够保证机器人在管道内部稳定运行。

（2）无线通讯模块：机器人采用无线通讯模块，能够实现与遥控器的无线连接，方便操作人员进行远程控制。

（3）图像处理模块：机器人配备图像处理模块，能够对采集到的图像数据进行处理，提取出有用信息并传输至控制中心。

一种管道机器人的结构设计与性能分析管道机器人是一种专门用于管道内部检测和维护的机器人。

它具有强大的适应性和灵活性，并且可以在不同形状、尺寸和材料的管道内进行操作。

在实际应用中，管道机器人能够有效地提高工作效率，减少人力资源和维修成本。

本文将探讨管道机器人的结构设计和性能分析。

一、管道机器人的结构设计1.机身结构管道机器人的机身主要由外壳、底盘和轮子组成。

外壳通常由高强度塑料或金属材料制成，具有较强的耐油、耐温和耐磨损性能。

底盘可以根据管道的不同形状适当调整，以保证机器人在管道内能够保持平衡和稳定性。

轮子的设计通常考虑到摩擦力和稳定性，使机器人能够有效地在管道内运动。

2.传动系统传动系统是管道机器人的核心组成部分之一，它由马达、传力装置、减速器和轮子等组成。

机器人的前后进和转向操作由传动系统中的电动机和减速器等组成。

同时，在机器人的设计过程中，减速器的设计需要根据机器人的重量和管道内的摩擦系数等因素来确定。

此外，传动系统必须确保机器人的稳定性和可靠性，以保证机器人在工作时能够持续高效地运动。

3.传感器系统传感器系统主要用于管道机器人的定位、检测和监控。

其中包括云台式摄像头、温度探头、湿度探头和烟雾探头等。

这些传感器能够对管道内的各项数据进行实时监测和分析，确保机器人在管道内能够准确获取所需信息。

4.电源系统电源系统主要包括电池、变压器、关联线路和充电设备等。

机器人的电源系统必须满足续航时间、充电效率和使用寿命等方面的高标准要求。

电池通常采用高效锂电池，具有较长的使用寿命和稳定性。

5.控制系统管道机器人的控制系统是机器人的灵魂，可以实现对机器人的远程操作、精准导航和实时数据监测等。

在控制系统中，主要包括单片机、编码器、传感器和通讯模块等，它们能够协调控制机器人的动态性能和定位精度等。

二、管道机器人的性能分析1.运动性能针对管道机器人在不同管道内的运动性能分析，主要包括前、后进速度和克服管道摩擦力等研究。

专利名称：伸缩式管道内壁机器人
专利类型：发明专利
发明人：李志虎,辜智强,王君来,张玉玺申请号：CN201810531159.4
申请日：20180529
公开号：CN108825927A
公开日：
20181116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种纤绳式伸缩管道机器人，主要由伸缩结构、支撑抓手构成。

伸缩结构的主体是两个平行四边形外框，两个外框只有一个连接点，四边形每个角都有扭簧，使得该四边形外框具有伸展的趋势，在伸缩结构的两端有两个减速电机，尼龙绳跨接在伸缩结构的两侧，通过减速电机提供动力使得伸缩结构压缩。

在平行四边形结构的硬质外框基础上，扭簧的弹性能够使得硬质外框伸展，置于结构两端的减速马达通过尼龙绳可以使得硬质外框压缩。

通过调整电机的转速可以使得软体弯曲。

在该伸缩结构两端加装支撑抓手就能实现在弯曲管道中爬行。

申请人：北京航空航天大学
地址：100191 北京市海淀区学院路37号
国籍：CN
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自锁现象应用于管道机器人的建模与分析作者：郭逸飞来源：《中国科技纵横》2018年第21期摘要：管道机器人是一种通过电机驱动能够在管道中沿某一方向定向运动的移动机器人。

它在管道防洪、管道检测以及管道运输等领域有诸多重要应用。

基于此，本文介绍了一种基于自锁原理的伸缩式管道机器人，通过对其与管道壁之间受力的物理模型分析，建立了管道机器人运动的必要条件，并对不同管径下管道机器人的自锁机构的表面设计参数进行了探讨，其结论对于管道机器人的设计具有指导意义。

关键词：自锁现象；管道机器人；摩擦力中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0064-02本文介绍一种伸缩式管道机器人，基于自锁原理实现在管道内的按要求定向运动，进行管道内的检测、清洁、疏通、运输等工作。

在实际应用中，这种管道机器人的最大牵引力源自其内部移动机构与管壁之间的最大静摩擦力，而移动机构和管壁之间的摩擦系数在运动过程中几乎恒定不变，要提高牵引力必须通过增大正压力来增大静摩擦力，而这样势必会影响机器人的运行速度[1]。

自锁原理的应用能够解决管道机器人在管道中运动时牵引力、摩擦力和正压力之间的这一矛盾问题，同时使管道机器人对管道复杂的内部环境可以具有一定适应性[1]。

1 伸缩式管道机器人的工作原理伸缩式管道机器人的运动如图1所示。

其整体由一个后置移动机构、一个前置移动机构和一个连接于两个移动机构之间的伸缩机构组成。

在启动运行时（图1的状态1），后置移动机构通过电机驱动开始向前运动，前置移动机构因为自锁原理保持静止，伸缩机构产生收缩运动，而当达到伸缩机构的最大收缩状态时（图1的状态2），后置移动机构因为自锁原理保持静止，前置移动机构开始向前运动，伸缩机构产生伸长运动，直至伸缩机构达到最大伸长状态时（图1的状态3），前置移动机构因为自锁原理静止，后置移动机构开始向前运动，开始下一个运动周期循环，单个周期内伸缩式管道机器人的有效行程为ΔS。

一种伸缩支撑式双目无线管道探测机器人的设计与实现引言管道作为工业生产中常用的设备，其安全运行和检测至关重要。

传统的管道检测方式需要人工操作，效率低下且存在一定的安全风险。

设计一种能够自主检测管道的机器人成为了工程技术领域的研究热点之一。

本文提出了一种伸缩支撑式双目无线管道探测机器人的设计方案，该方案将通过对机器人的结构设计、传感器选择和控制系统进行论述，并对其实现过程进行详细分析。

一、机器人的结构设计1.1 结构基本原理该机器人采用伸缩式支撑结构，能够根据管道的直径自动调节支撑长度，保证机器人在管道内的稳定运动。

机器人配备双目摄像头，能够实时捕捉管道内的情况，并通过无线传输的方式将图像传输至操作端。

1.2 结构材料与零部件机器人的支撑结构采用轻质耐腐蚀的铝合金材料，同时搭配高强度的塑料零部件，以确保机器人在不同环境下的稳定性和耐用性。

为了降低机器人的重量，提升灵活性，机器人还采用了碳纤维材料进行部分替代。

1.3 结构特点与优势该机器人的伸缩支撑结构能够适应不同直径的管道，保证机器人的稳定运动，双目摄像头能够提供管道内的双向视角，为操作端提供更加全面的信息。

机器人的结构设计也充分考虑了材料的轻量化和耐用性，为机器人的运动和使用提供了更加可靠的保障。

二、传感器选择2.1 视觉传感器机器人配备了双目摄像头，能够提供管道内的立体视角，实时捕捉管道内的情况。

该摄像头具备高清晰度的拍摄能力，能够在暗光环境下提供清晰的图像，为操作端提供有效的信息。

2.2 环境传感器机器人还搭载了温度传感器、湿度传感器等环境传感器，能够实时感知管道内的环境情况，为操作端提供管道内部的实时环境数据，保障操作人员的安全。

2.3 传感器的优势通过配置以上传感器，机器人能够提供管道内部的立体视角和环境数据，为操作端提供了全面的信息，保障了管道检测工作的高效进行。

三、控制系统设计3.1 控制系统框架机器人的控制系统采用了嵌入式控制系统，配置了动态平衡控制器和无线通讯模块。

一种伸缩支撑式双目无线管道探测机器人的设计与实现【摘要】本文针对管道探测领域的需求，设计并实现了一种伸缩支撑式双目无线管道探测机器人。

在机器人结构设计中，提出了伸缩支撑结构，增强了机器人的适应性和稳定性。

传感器系统设计采用了多种传感器实现管道探测和环境感知。

无线通信系统设计保证了机器人与操作者之间的及时通信。

图像处理算法设计实现了对管道内部状态的实时监测和分析。

运动控制系统设计则保证了机器人的精确定位和运动控制。

设计实现效果评价表明机器人在管道探测中表现出色，展望未来将进一步完善机器人的功能和性能。

总结本文通过设计与实现伸缩支撑式双目无线管道探测机器人，解决了管道探测中的一系列问题，具有重要的应用价值和发展前景。

【关键词】伸缩支撑式、双目无线、管道探测、机器人、设计、实现、引言、研究背景、研究意义、研究目的、机器人结构设计、传感器系统设计、无线通信系统设计、图像处理算法设计、运动控制系统设计、结论、设计实现效果评价、未来研究展望、总结1. 引言1.1 研究背景在当前工业生产和城市建设领域，管道的检测和维护工作一直是一个重要的任务。

传统的管道探测方法存在一些缺陷，比如工作效率低下、人力成本高等问题。

研发一种高效、智能的管道探测机器人成为当前研究的热点之一。

随着科技的不断发展，各种无人机器人技术得到了广泛的应用。

基于这一背景，伸缩支撑式双目无线管道探测机器人应运而生。

该机器人结合了伸缩支撑结构、双目摄像头、传感器系统等先进技术，能够实现对管道进行实时监测、快速定位问题并实施维修，大大提高了工作效率和安全性。

通过对管道探测机器人的研究，不仅可以提高管道维护的效率和质量，降低人力成本，还可以保障城市供水、供气等系统的正常运行。

深入研究伸缩支撑式双目无线管道探测机器人的设计与实现具有重要的研究意义和实用价值。

1.2 研究意义目前，管道探测在工业领域中扮演着至关重要的角色。

传统的管道探测手段往往存在一定的局限性，例如需要人工操作，存在安全隐患等问题。