文章编号�����2������������2����2��国外微型管内机器人的发展Ξ张永顺�浙江大学机械电子控制工程研究所�������摘要�本文首先论述了微型管道机器人的发展背景及与传统管内机器人的区别�然后对几种典型常规小管径管道机器人和国外几种典型微驱动式管内微型机器人工作原理对比分析�指出了目前管内微型机器人研究中所面临的主要问题�并对实现微管内机器人实用化的关键技术及研究发展方向进行了探讨�关键词�微驱动器�微型管内机器人中图分类号�×°��文献标识码��1引言在工业!核工业!石油天然气等领域中�管道作为一种有效的物料输送手段而得到广泛应用�为了提高这些管道的寿命�防止泄露等事故的发生�管道机器人作为满足高效准确的故障诊断!检测及维修的手段应运而生�其广泛地应用于管道的探伤!补口!维修!焊接等诸多领域�目前�国内外管道机器人的研究成果已经很多�可是对生物体内狭小空间内的检查诊断�工业上热交换器及核电站微小管道空间内的检测!维修尚属空白�并极具吸引力�因此相继成为国内外研究的热点≈�∗���微管道机器人是基于狭小空间内的应用背景提出的�其环境特点是在狭小的管状通道或缝隙内行走进行检测!维修等作业�图����是在人体内检查诊断的构想图�系生物医学领域的应用�图����是在热交换器弯曲管道内进行检测!维修时的构想图�系工业领域的应用�������图�微管道机器人的应用构想图由于与常规条件下管内作业环境有明显的不同�即相对微观与宏观的区别�而且其行走方第��卷第�期����年��月机器人ΡΟΒΟΤ∂������������√������Ξ收稿日期�����������基金项目中国博士后基金资助项目�式及结构原理与常规管道机器人不同�因此微管道机器人属于微机器人的范畴�归属于微电子机械系统��∞�≥�的微机器人主要针对生物及医学领域提出的�例如可用来操作人体血球!细胞!诊断!注药和修补等�同时微机器人还在军事上具有应用价值�例如用来进行军事侦察�具有不易被发现的优点�并将侦察到的信息发回到指挥部门�由于微管道机器人属于�∞�≥的范畴≈���其微型化过程的行走方式及结构构成与常规管道机器人必然不同�常规管道机器人的行走方式主要有轮式!履带式和蠕动式�其中轮式和蠕动式行走方式易于小型化�国内外学者在按宏观技术进行管道机器人微型化的过程中�已经受到了常规技术手段的限制�由于空间的限制和相对控制精度的要求�常规管道机器人按比例缩小是不可行的�即由于常规管道机器人结构复杂�很难微型化�理论上可以按比例缩小�但机械传动的间隙是受传统加工精度影响的�采用传统加工精度制造的微型传动链的累积误差相对微管道机器人的控制精度要求和狭小的作业空间来说是不能接受的�况且目前还不能完全实现复杂的微细加工�有鉴于此�微管道机器人的行走方式应另辟蹊径�目前随着微电子机械技术的发展和晶体压电效应和超磁致伸缩材料磁2机耦合技术应用的发展�使新型微电2机械转换器�即微驱动器的出现和应用成为现实�从目前国外微管道机器人的研制情况来看�微管道机器人的发展与微机械电子技术!超精密加工技术的发展�与以功能材料!智能材料为基础的微驱动器的研制开发成果是密切相关的≈�∗���因此微驱动器的研究成果已成为微管道机器人重要发展基础�2常规小管径管道机器人的发展一般小管径管道机器人是指作业管径小于����的机器人�研究经验表明由于受管径空间和机器人结构的限制�小管径管道机器人的研制难度更大�2�1轮式小管径管内移动机器人≈1�如图�所示为日本学者福田敏男�细贝英夫����年研制的可以通过/�0形无圆弧过渡的图�轮式小管径管内移动机器人≈��管内移动机器人≈����从转弯的难易程度考虑/�0型垂直管要比/圆型0弯管复杂�该机器人行走机构分别由头部和本体两部分组成�头部和本体部分可以相对回转�当机器人在直管内行走时�本体上的电动机Μ�通过减速装置带动本体上的驱动轮转动�使机器人沿直管行走�当通过��度弯管时�电动机Μ�驱动头部作姿态调整�同时驱动头部履带�...
