Design and research on dual adaptive pipeline robots for round and square pipes

GAO Jiuyang; MENG Xinyue; XIE Zhonggeng; WANG Dongyang; DAI Yaonan

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.013

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Design and research on dual adaptive pipeline robots for round and square pipes

Design·Calculation | 更新时间：2025-08-16

- Design and research on dual adaptive pipeline robots for round and square pipes
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 49, Issue 8, Pages: 101-110(2025)
- 作者机构：
  
  武汉工程大学机电工程学院湖北省绿色化工装备工程技术研究中心，武汉 430205
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.013
  CLC： TP242
- Received：31 March 2024，
  
  Revised：08 May 2024，
  
  Published：15 August 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
高九阳，孟馨悦，谢中耕，等. 圆方管双适配自适应管道机器人设计与研究［J］. 机械传动，2025，49（8）：101-110.

GAO Jiuyang，MENG Xinyue，XIE Zhonggeng，et al. Design and research on dual adaptive pipeline robots for round and square pipes［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（8）：101-110.
高九阳，孟馨悦，谢中耕，等. 圆方管双适配自适应管道机器人设计与研究［J］. 机械传动，2025，49（8）：101-110. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.013.

GAO Jiuyang，MENG Xinyue，XIE Zhonggeng，et al. Design and research on dual adaptive pipeline robots for round and square pipes［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（8）：101-110. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.08.013.

摘要

目的

为提高履带式管道机器人在不同规格管道中的自适应管径过弯能力，设计制作一款可同时适用于方管及圆管、可转换的管道检测机器人。

方法

着重分析了圆方管双适配检测机器人在管道内过弯时的几何约束和运动状态，以验证管道机器人设计的合理性；运用Ansys软件对机器人结构进行有限元分析，并利用Adams软件对机器人在管道内的可通过性及运动参数进行分析，以证明其适应性。

结果

试验结果表明，所设计的圆方管双适配机器人结构合理，能够顺利通过弯道。该研究为管道机器人的结构设计提供了依据。

Abstract

Objective

To improve the adaptive bending ability of crawler-type pipeline robots in different sizes of pipelines

a pipeline inspection robot that can adapt to both square and circular pipes has been designed and manufactured.

Methods

This study mainly focused on analyzing the geometric constraints and motion states of the dual-adapter detection robot for circular and square pipes when bending inside the pipeline

in order to verify the rationality of the pipeline robot design. The finite element analysis of the robot structure was carried out using Ansys software

and the passability and motion parameters of the robot inside the pipeline were analyzed using Adams software to prove its adaptability.

Results

Test results show that the designed dual-adapter robot for circular and square pipes has a reasonable structure and can successfully pass through bends. This study provides a basis for the structural design of pipeline robots.

关键词

Keywords

references

苏德尔，李浩宇，高伟达，等 . 用于管道检测机器人的微型化成像系统（特邀）［J］. 激光与光电子学进展， 2024 ， 61 （ 2 ）： 225 - 231 .

SU Deer ， LI Haoyu ， GAO Weida ， et al . Miniaturized imaging system designed for pipeline detection robots（Invited）［J］. Laser ＆ Optoelectronics Progress ， 2024 ， 61 （ 2 ）： 225 - 231 .

喻九阳，张德安，戴耀南，等 . 履带式油气管道巡检机器人爬坡特性分析［J］. 机床与液压， 2023 ， 51 （ 15 ）： 57 - 61 .

YU Jiuyang ， ZHANG De’an ， DAI Yaonan ， et al . Climbing characteristics analysis of crawler oil and gas pipeline inspection robot ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2023 ， 51 （ 15 ）： 57 - 61 .

OYA T ， OKADA T . Development of a steerable，wheel-type，in-pipe robot and its path planning ［J］. Advanced Robotics ， 2005 ， 19 （ 6 ）： 635 - 650 .

柳满昌，董成龙，刘静，等 . 一种自适应多功能智能管道机器人设计［J］. 机械设计， 2023 ， 40 （增刊2 ）： 82 - 87 .

LIU Manchang ， DONG Chenglong ， LIU Jing ， et al . Design of an adaptive multi-functional intelligent pipeline robot ［J］. Journal of Machine Design ， 2023 ， 40 （ Suppl. 2 ）： 82 - 87 .

刘东，罗亮，卢丙举，等 . 轮式变径管道机器人结构分析及控制系统设计［J］. 舰船科学技术， 2023 ， 45 （ 22 ）： 67 - 71 .

LIU Dong ， LUO Liang ， LU Bingju ， et al . Mechanical structure analysis and control system design of wheeled variable diameter pipeline robot ［J］. Ship Science and Technology ， 2023 ， 45 （ 22 ）： 67 - 71 .

TORAJIZADEH H ， ASADIRAD A ， MASHAYEKHI E ， et al . Design and manufacturing a novel screw‐in‐pipe inspection robot with steering capability ［J］. Journal of Field Robotics ， 2023 ， 40 （ 3 ）： 429 - 446 .

KAKOGAWA A ， MURATA K ， MA S . Automatic T-branch travel of an articulated wheeled in-pipe inspection robot using joint angle response to environmental changes ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2022 ， 70 （ 7 ）： 7041 - 7050 .

ROH S ， KIM D W ， LEE J S ， et al . In-pipe robot based on selective drive mechanism ［J］. International Journal of Control，Automation and Systems ， 2009 ， 7 （ 1 ）： 105 - 112 .

唐德威，李庆凯，姜生元，等 . 具有差动运动功能的管道机器人设计与分析［J］. 机械工程学报， 2011 ， 47 （ 13 ）： 1 - 8 .

TANG Dewei ， LI Qingkai ， JIANG Shengyuan ， et al . Design and analysis of a pipeline robot with the function of differential movement ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2011 ， 47 （ 13 ）： 1 - 8 .

ISLAS-GARCIA E ， CECCARELLI M ， TAPIA-HERRERA R ， et al . Pipeline inspection tests using a biomimetic robot ［J］. Biomimetics ， 2021 ， 6 （ 1 ）： 17 .

陈宗尧，颜国正，王坤东，等 . 关节履带式管道检测机器人越障性能优化［J］. 上海交通大学学报， 2011 ， 45 （ 7 ）： 1017 - 1020 .

CHEN Zongyao ， YAN Guozheng ， WANG Kundong ， et al . The performance optimization of the articulated-tracked pipe-inspected robot for obstacle negotiation ［J］. Journal of Shanghai Jiaotong University ， 2011 ， 45 （ 7 ）： 1017 - 1020 .

DE RIVAZ S D ， GOLDBERG B ， DOSHI N ， et al . Inverted and vertical climbing of a quadrupedal microrobot using electroadhesion ［J］. Science Robotics ， 2018 ， 3 （ 25 ）： eaau3038 .

NAKAZATO Y ， SONOBE Y ， TOYAMA S . Development of an in-pipe micro mobile robot using peristalsis motion ［J］. Journal of Mechanical Science and Technology ， 2010 ， 24 （ 1 ）： 51 - 54 .

宋进，张晓龙，李俊杰，等 . 模块化管道清洁机器人设计与通过性分析［J］. 机床与液压， 2023 ， 51 （ 20 ）： 128 - 135 .

SONG Jin ， ZHANG Xiaolong ， LI Junjie ， et al . Design and passability analysis of modular pipeline cleaning robot ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2023 ， 51 （ 20 ）： 128 - 135 .

郭忠峰，辛鹏 . 主动避障式管道机器人结构设计及动力学仿真［J］. 科学技术与工程， 2020 ， 20 （ 23 ）： 9349 - 9353 .

GUO Zhongfeng ， XIN Peng . Design and dynamic simulation of an actively obstacle-avoiding pipeline robot ［J］. Science Technology and Engineering ， 2020 ， 20 （ 23 ）： 9349 - 9353 .

闫宏伟，汪洋，马建强，等 . 轮式管道机器人过弯动态特性分析［J］. 西安交通大学学报， 2018 ， 52 （ 8 ）： 87 - 94 .

YAN Hongwei ， WANG Yang ， MA Jianqiang ， et al . Analysis for dynamic characteristics of wheeled pipe robot in elbow ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University ， 2018 ， 52 （ 8 ）： 87 - 94 .

夏文凤，喻九阳，戴耀南，等 . 油气管道机器人过弯特性研究与仿真［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 4 ）： 38 - 43 .

XIA Wenfeng ， YU Jiuyang ， DAI Yaonan ， et al . Research and simulation of cornering characteristics on oil and gas pipeline robots ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 38 - 43 .

张铮，王欣，姜天翔，等 . 轮式管道机器人过弯关键参数研究与仿真［J］. 机械设计与制造， 2023 （ 4 ）： 90 - 95 .

ZHANG Zheng ， WANG Xin ， JIANG Tianxiang ， et al . Research and simulation of key parameters for wheeled pipeline robot in elbow ［J］. Machinery Design & Manufacture ， 2023 （ 4 ）： 90 - 95 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Study on temperature field and thermal deformation of the line contact spiral bevel gear transmission

Study on the influence of structural parameters of flexspline tooth rings on the maximum load stress in harmonic drives

Research status of gearboxes for high-power nuclear power circulation pumps

Finite element analysis of effect of double shot peening on residual stress of 18CrNiMo7-6 gear steel

Related Author

Gao Jiuyang

Meng Xinyue

Xie Zhonggeng

Wang Dongyang

Dai Yaonan

KONG Ruijie

SUN Yuehai

WANG Mingyang

Related Institution

Key Laboratory of Mechanism Theory and Equipment Design of Ministry of Education, Tianjin University

School of Mechanical Engineering, Tiangong University

Tianjin Key Laboratory of Modern Mechatronics Equipment Technology, Tiangong University

China Academy of Machinery Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering Co., Ltd.

Henan Mechanical & Electrical Vocational College

⁰