履带式管道机器人方案
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为面接触，接触面积为 3 × 0.112 ，具有较大接触面积，
牵引力较大，对管壁压强较小。
以适应最小500的管径，管径大于500时，两侧负重轮下压，改
变履带形状使其与管壁贴合，增大履带与管壁接触面积。
动力
由于管道内壁沉积粉尘可能
为铁粉尘、铝镁粉尘或面粉；
考虑防爆，采用气动或者软
轴驱动。本处设计采用阿特
拉斯·科普柯公司的一款气动
马达作为驱动装置，若采用
软轴，则修改其中减速器及
部分连接件结构即可。
履带式管道自动清灰机器人设计方案
适用环境要求
适用管道形状：圆形；
适用管道直径、长度：管道直径500～800mm；管道长度不超过50m；
适用管道的布置：水平直管道和小于5度的倾斜直管道；
管道连接部分内壁错位高度不超过10mm；
管道内壁沉积粉尘可能为铁粉尘、铝镁粉尘或面粉；
适用于有水平或竖直分支口的管道，分支口直径为主管直径的3分之2。
行走方式
序号
方式
1
轮式
2
螺旋式
3
履带式
4
蛇形式
5
多足式
6
蠕动式
工作原理
优点
缺点
结构简单，控制灵活，
复杂管道通过性能差，越
平坦路面性能优越
障能力不足
驱动效率高，牵引力大， 运动速率较慢，清扫机构
运动平稳，
设计复杂
牵引附着性能好，越障
摩擦力大，对于平坦路面
能力较强
能量利用率低
越障能力好，弯道通过
姿态和运动控制复杂，负
三轮腿结构相同，亦可以保证三条轮腿在管道截面不是标准圆形的情况下总能与管
壁保持良好接触。安装时绞牙减振器可以调节弹簧高度，使履带张紧。
属性
对于800mm管径，支管直径最大在500mm左右，两倍的履带接触长
度，可以使在轮腿刚好处于支管上时仍能直接通过，若支管直径小
于500或支管不处于特定位置时，可减小滤袋长度，使结构更加紧凑。
变径机构
1蜗轮蜗杆调节方式
2升降机调节方式
3丝杠螺母副调节方式
参考上海交通大学颜国正等人的
研究，本设计方案采用第三种调
节方式。
变径机构
采用气动马达驱动，丝杠螺母与连杆机构的组合，能适应500mm~800mm的管径。
越障
1驱动轮；2行星减速器；3气动马达；4导轮；5绞牙减
振器1；6绞牙减振器2
通过弹簧压缩，可以减小上下履带间距，以跨越障碍，最大可跨越20mm障碍，
性能强
载能力差
越障能力优越，适用于
步态规划复杂
不平整管道
控困难，效率低
弯管，坡度较大或竖直
运动速度慢
管道通过能力强
工作效率较低
考虑到管
道壁较薄，
无法承载
较大压强，
采用履带
式结构，
并采用三
轮腿结构
以增强机
器人在管
道中行进
的稳定性
总装配图
履带结构
履带采用一体成型橡胶履带，外轮廓为圆弧形，直径500mm，
本方案设计绝大部分材料为铝合金，极小部分为橡胶、弹簧钢
等，此处采用2219铝合金密度作为平均密度估计总体质量。后
期对各零件赋予材料性质后，可得到精确质量属性以及重心等
信息。体积1.9543 ,初步估计质量为54Kg，加上清扫装置以及
控制元件等，最终质量可能达到在60~70Kg.
如前面所说，履带为弧面履带，理想状态下履带与管壁
牵引力较大，对管壁压强较小。
以适应最小500的管径，管径大于500时，两侧负重轮下压，改
变履带形状使其与管壁贴合，增大履带与管壁接触面积。
动力
由于管道内壁沉积粉尘可能
为铁粉尘、铝镁粉尘或面粉；
考虑防爆，采用气动或者软
轴驱动。本处设计采用阿特
拉斯·科普柯公司的一款气动
马达作为驱动装置，若采用
软轴，则修改其中减速器及
部分连接件结构即可。
履带式管道自动清灰机器人设计方案
适用环境要求
适用管道形状：圆形；
适用管道直径、长度：管道直径500～800mm；管道长度不超过50m；
适用管道的布置：水平直管道和小于5度的倾斜直管道；
管道连接部分内壁错位高度不超过10mm；
管道内壁沉积粉尘可能为铁粉尘、铝镁粉尘或面粉；
适用于有水平或竖直分支口的管道，分支口直径为主管直径的3分之2。
行走方式
序号
方式
1
轮式
2
螺旋式
3
履带式
4
蛇形式
5
多足式
6
蠕动式
工作原理
优点
缺点
结构简单，控制灵活，
复杂管道通过性能差，越
平坦路面性能优越
障能力不足
驱动效率高，牵引力大， 运动速率较慢，清扫机构
运动平稳，
设计复杂
牵引附着性能好，越障
摩擦力大，对于平坦路面
能力较强
能量利用率低
越障能力好，弯道通过
姿态和运动控制复杂，负
三轮腿结构相同，亦可以保证三条轮腿在管道截面不是标准圆形的情况下总能与管
壁保持良好接触。安装时绞牙减振器可以调节弹簧高度，使履带张紧。
属性
对于800mm管径，支管直径最大在500mm左右，两倍的履带接触长
度，可以使在轮腿刚好处于支管上时仍能直接通过，若支管直径小
于500或支管不处于特定位置时，可减小滤袋长度，使结构更加紧凑。
变径机构
1蜗轮蜗杆调节方式
2升降机调节方式
3丝杠螺母副调节方式
参考上海交通大学颜国正等人的
研究，本设计方案采用第三种调
节方式。
变径机构
采用气动马达驱动，丝杠螺母与连杆机构的组合，能适应500mm~800mm的管径。
越障
1驱动轮；2行星减速器；3气动马达；4导轮；5绞牙减
振器1；6绞牙减振器2
通过弹簧压缩，可以减小上下履带间距，以跨越障碍，最大可跨越20mm障碍，
性能强
载能力差
越障能力优越，适用于
步态规划复杂
不平整管道
控困难，效率低
弯管，坡度较大或竖直
运动速度慢
管道通过能力强
工作效率较低
考虑到管
道壁较薄，
无法承载
较大压强，
采用履带
式结构，
并采用三
轮腿结构
以增强机
器人在管
道中行进
的稳定性
总装配图
履带结构
履带采用一体成型橡胶履带，外轮廓为圆弧形，直径500mm，
本方案设计绝大部分材料为铝合金，极小部分为橡胶、弹簧钢
等，此处采用2219铝合金密度作为平均密度估计总体质量。后
期对各零件赋予材料性质后，可得到精确质量属性以及重心等
信息。体积1.9543 ,初步估计质量为54Kg，加上清扫装置以及
控制元件等，最终质量可能达到在60~70Kg.
如前面所说，履带为弧面履带，理想状态下履带与管壁