管内爬行机器人作为一种特种设备，在近几十年内得到了深远的发展。根据构型的不同，可以将管内机器人分为：轮式、履带式、被动式、链条式、蠕动式、多足式等。在现有构型的基础上，按照设计理念的不同可以将管内机器人的构型进一步细分为传统构型和仿生构型两种。

近几年，随着新技术和新材料的发展，仿生构型的管内爬行机器人逐渐增加，而这其中，以蛇、蚯蚓、蜘蛛等为仿生对象制作管内爬行机器人的居多。

管内爬行机器人大有可为

狭窄的管道里人无法进入，如何进行测绘和清障？近日，从国网盐城供电部门获悉，为提高作业效能，盐城供电部门与高校合作，共同研发了一款智慧爬行式机器人，在工作人员的操作下，“钻地龙”可在狭窄的管道里自由来去，轻松完成测绘、清障等工作。

在盐城市亭湖区新兴镇境内，国网盐城供电工作人员钱程蔚正操控智慧爬行式机器人对电缆管道进行检测、测绘和清障。据目测，这款机器人呈长型，两端有轮子，体长约80厘米，主体直径10多厘米。

“它叫地下电缆管道智能测绘及清障机器人，适用于直径18厘米至30厘米的管道，单次巡检最高可爬行500米长。”钱程蔚说，这款机器人能够完成管道内环境三维信息感知，管道精确三维测绘，管道内缺陷异物的实时自动检测、识别、定位与清除等功能。

“机器人针对的是输配电地下电缆管道验收与测绘技术中的关键问题，研发基于北斗、惯导与视觉互联协同，采用了多传感器协同、仿生立体视觉、人工智能等先进技术。”研发人员称，它不仅解决了人工和机械臂无法清障的问题，还有效解决了长距离、环境复杂多变的管道巡检和无卫星信号环境下管道机器人精准定位与测绘的难题，在电、水、油、气等地下管道巡检市场具有广阔应用前景。

据介绍，该机器人具有操作简单、灵活性好、工作效率高等优点，由国网盐城供电公司联合河海大学共同研制。在11月22日刚刚结束的“科创江苏”创新创业大赛装备制造领域决赛中，斩获了一等奖。“该课题在国内外首次提出，科技成果总体处于国际先进水平，其中输电领域多目测量技术处于国际领先水平。”研发人员表示。

为管内机器人设计提供新思路

从仿生学角度来看，蛇、蚯蚓、蜘蛛等并不是设计管内机器人的最佳仿生蓝本。为此，科学家在自然界中重新寻找到一种天然生活在管内的生物——管虫，在充分研究管虫管内爬行运动机制的基础上，研究人员进一步以管虫为蓝本制作了仿管虫管内爬行机器人。

那什么是管虫呢？管虫是一种栖息在矿物质管内的蠕虫动物，通常情况下它会在管外展开其花冠状的触手滤食微生物，因此广泛分布在海洋中的微生物富集区域。管虫一个显著的特征是在它遇到危险的时候，能从管外迅速地回撤到管内保护自己，这个过程的持续时间在76ms左右，速度达到自身8倍体长每秒，非常迅速。

课题组已有研究表明，管虫的快速回撤过程得益于自身分泌的黏液的润滑，图3 C展示了被镊子夹持的管虫黏液。黏液充斥在管内壁上，使得柔软的虫体在快速回撤过程中不会受到损伤。 然而对于管虫的出管运动而言，黏液的存在可能会降低管虫在管内运动的稳定性、使管虫在管内发生滑移。管虫如何克服黏液的润滑作用，在管内连续、稳定地出管是本课题研究的重点。

由于矿物质管的不透明性，阻碍了研究人员对管虫的管内运动行为进行观察，因此研究人员将管虫引入到玻璃管内，并拍摄了管虫在玻璃管内运动的过程。在管虫爬出过程中，身体两侧的疣足连续摆动。为了更细致地观察疣足的运动行为，利用体式镜对管虫爬出过程中疣足的运动情况进行观察。

基于对管虫出管行为的研究，研究人员设计了一款仿管虫管内爬行机器人。管虫出管运动的实现是受疣足刚毛的摆动和刚毛尖端的微绒毛结构共同促进的。为了模拟这种疣足的摆动策略，利用空间圆柱凸轮机构，在旋转轴上刻画了不同相位的正弦函数。当旋转轴旋转时，不同正弦刻线上的移动件就会发生异步运动。

日前，相关论文以《多级分层运动结构帮助管虫在水下湿滑壁面上稳定运动》（Multi-leveled locomotion system of the fan worm facilitates underwater crawling inside a slippery tube）为题发表在Cell旗下期刊Cell Reports Physical Science上。

管内机器人未来的发展前景

城市发展，管道排水系统的设计，给管道检测发展带来了商机，各大公司开始招聘智慧型人才研发了专门对于管道检测的机器人，替代了传统的人工巡查，管道检测机器人，由爬行器，线缆车，控制终端，可以进入城镇排水管，暗渠，箱涵，明渠进项检测。

机器人深入管道内通过摄像头一键录拍功能，清楚的显示管道内的情况，为下一步管道施工方案对的制定提供了强有力的参考。管道机器人检测一直在城市道路建设和道路维修做出了巨大的贡献，前期的管网验收，中期的管网普查，施工监测，机器人检测应用到不同的场景，管道检测为管网开发时巡检管道施工解决了突发的堵塞问题，同时在城市内涝中灾难人员的搜救行动提高了效率。

除此之外各企业速度研发新的管道检测产品，对于不同的路况采用不同的检测方式，正对小型不能开挖的管道设计了小型的管道检测机器人，实现在狭小的管道内进行爬行，探测内部情况，管道无线潜望镜采用无线的方式将视频信号缺陷位置信号传输到手持控制平板上。

管道检测公司的此项研发技术为城市建设带来了希望，同时带动了多家企业的速度发展，国家政府为管道检测机器人企业提供了精准和政策的支持，各大企业在研发项目申请专利，进行参赛，会展将不同型号管道检测机器人推广到全国各个行业领域。

管道检测是新时代智能化的产物，各大企业必须要认识到管道机器人在市场上的竞争地位，加强人才管理，技术研发，设计出更多环保型的机器设备，公司还应加强人才交流的机会，带动企业人才引进和培养、助力产业转型升级，相信管道检测机器人行业的发展将是无限光明宽阔，把握机会做新时代的领先企业。

文章来源： 机器人大讲堂，现代快报，海涵物联