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管道作为输送载体，在人类生产生活中发挥着巨大作用。提到管道，你是不是首先会想到下面这些？

大型的工业管道形象，或许已经在我们的脑海中根深蒂固，但除此之外，还有各种小口径管道，如气体管、冷凝管、试管、人体肠道等，它们广泛存在于工业和生物医学领域。

由于受空间狭窄等因素的限制，为了进行检测或执行操作任务，需要管道机器人具有小巧的体积，大负载能力，高精度定位以及可靠的控制。针对这一要求，燕山大学和哈尔滨工业大学团队在《Frontiers of Mechanical Engineering》期刊上发表了他们的***新研究——基于粘滑运动机制的压电惯性微型管道机器人。

本文将为大家介绍它的结构设计、工作原理、性能测试以及未来的应用前景。

▍受粘滑运动启发，和压电驱动碰撞出不一样的火花

粘滑驱动是以摩擦理论为基础的典型驱动方式，很多小伙伴想不明白，它是如何应用到这个压电驱动的管道机器人上的呢？看完下面这两张图你或许就明白了：

压电叠堆作为驱动源应用于设计的管道机器人，通过锯齿波信号激励，实现伸长和收缩，从而影响柔性连接板变形带动驱动足与管壁相互作用，实现粘滑运动，怎么样，是不是很巧妙呢？

管道机器人驱动部分由两个压电叠堆、一个主体、两个柔性连接板、四个支撑足和两个驱动足构成，为了适应管道内不同任务的需要，在左侧主体上设置了安装孔，孔内可以安装不同的功能模块，非常方便。

▍小巧精致，只有口袋里硬币那么大

所设计的管道机器人，使用的压电叠堆尺寸为20mm×5mm×5mm。样机主体的材料为亚克力板，柔性铰链的材料为7075铝合金，支撑足和驱动足板簧的材料均为黄铜，驱动足与管道的接触点由环氧树脂制作。

样机主体直径φ25mm，长30mm，自身质量仅15g，能够在直径范围为φ25-φ35mm的管道中工作。

后面对设计的管道机器人制作样机并进行性能测试，主要测试指标为 (1)负载能力测试；(2)运动速度及步距测试；(3)爬坡能力测试；以及（4）功能模块测试（本文展示了非接触式悬浮夹持器应用测试），实验结果如下：

▍以小博大——超强的负载能力

管道机器人***初的设计是为了能够在管道内运输材料、携带检测和微操设备。因此，机器人的负载能力是性能指标的重中之重。

本研究设计的微型管道机器人，整体质量仅15g。在120 V和120 Hz的驱动信号下，向前运动的***大负载约为70克，向后运动的***大负载约为60克，***大负载质量是其自身质量的4.6倍，真可谓是身体小，能量大！

本文摘自：网络 日期：2022-06-28
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