一种适用于刚性微型管道的变胞机器人

贾晓丽; 戴京廷; 米柏川; 淡佳乐; 柯燎亮

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.017

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一种适用于刚性微型管道的变胞机器人

开发应用 | 更新时间：2025-03-20

- 一种适用于刚性微型管道的变胞机器人
  增强出版
- A metamorphic robot suitable for rigid miniature pipelines
- 机械传动 2025年49卷第3期页码：125-133
- 作者机构：
  
  1.中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京 102249］
  2.中国石油大学（北京）高端油气装备智能设计与制造研究中心，北京 102249］
  3.中石油遂宁天然气净化有限公司，遂宁 629000
  4.天津大学机械工程学院，天津 300072
- 作者简介：
  
  贾晓丽，女，1980年生，河北石家庄人，博士研究生，教授；主要研究方向为智能材料与结构、智能传感与驱动、智能机器人、工程力学、MEMS/NEMS系统；xljia@cup.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(5233000140);北京市昌平区“科技副总”专项(202302004010)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.017
  中图分类号： TH122;TP242
- 收稿日期：2023-12-08，
  
  修回日期：2024-02-05，
  
  纸质出版日期：2025-03-15
- 稿件说明：
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贾晓丽，戴京廷，米柏川，等. 一种适用于刚性微型管道的变胞机器人［J］. 机械传动，2025，49（3）：125-133.

JIA Xiaoli，DAI Jingting，MI Baichuan，et al. A metamorphic robot suitable for rigid miniature pipelines［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（3）：125-133.
贾晓丽，戴京廷，米柏川，等. 一种适用于刚性微型管道的变胞机器人［J］. 机械传动，2025，49（3）：125-133. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.017.

JIA Xiaoli，DAI Jingting，MI Baichuan，et al. A metamorphic robot suitable for rigid miniature pipelines［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（3）：125-133. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.017.

摘要

目的

为了解决传统管道机器人对复杂工作环境适应性差等问题，提出一种适用于刚性微型管道的形状记忆合金（Shape Memory Alloy

SMA）驱动蠕动式变胞机器人设计方案。

方法

设计了基于SMA驱动的锚固结构和伸缩结构，利用Adams软件对机器人蠕动前进和转弯过程进行动力学仿真与分析，并搭建样机进行运动试验验证。

结果

通过仿真获得的随时间变化的关节驱动力矩、速度、位移曲线，验证了机器人运动过程的稳定性。试验表明，样机在直径22 mm的“L”形和三通管道环境中能够稳定运动。结果证明，该变胞机器人通过锚固和伸缩结构的配合可实现蠕动前进，通过变胞可实现主动转弯，并具有良好的管道通过性。

Abstract

Objective

To address the limited adaptability of traditional pipeline robots in complex working environments

a design proposal for a shape memory alloy (SMA) driven peristaltic metamorphic robot suitable for rigid miniature pipelines was presented.

Methods

An SMA-driven anchoring and telescopic structure was designed. Dynamic simulations and analysis of the robot’s peristaltic movement and turning processes were performed using Adams software

followed by the prototype construction and motion experiments for verification.

Results

Through the simulations

curves of joint driving torque over time

as well as velocity and displacement curves verify the stability of the robot’s motion. Tests demonstrate that the prototype can move stably in “L”-shaped and three-way junction pipelines with 22 mm diameter. The results prove that the metamorphic robot can achieve the peristaltic movement through the coordination of anchoring and telescopic structures

realize the active turning through metamorphosis

and demonstrate the excellent pipeline traversing capability.

关键词

Keywords

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