城市排水管道网络中存在大量的直径小于1米的支线管道,同时管道内作业环境极其不利,除了肮脏之外,还有很多沼气,易燃、易爆、易中毒,不利于开展人工清理作业。因此利用机器人代替工人清理管道是必然趋势。但是入井尺寸限制、易燃易爆限制都增加了清淤机器人的研发难度。本文研制了具有淤泥破碎、淤泥泵送、位姿纠偏等功能的全气动控制的管道机器人。采用气压传动控制,所有气缸均由气控阀控制,消除了爆炸的危险。利用前、后盘上的气缸以及中部的伸缩缸,按照一定的运动逻辑实现机器人前进、后退的功能。工作人员只需在地面上操控管道清淤机器人的压缩气开关,即可实现机器人的各项功能,主要完成了以下工作:设计了全气动逻辑控制行走管道清淤机器人。其主要是由行走机构、清淤系统以及位姿自动纠偏系统构成。在行走机构中,前后两个安装盘上各自带有撑壁机构和波动轮,四个伸缩缸缸位于两安装板之间。整个机器人的运动是靠前后板的撑壁缸组与两板间的伸缩缸组相互配合完成的。当机器人前进时:后板撑壁缸组伸出、前板撑壁缸组缩回同时两板间伸缩缸组伸出,当伸缩缸组触碰到上行程开关,前板撑壁缸组伸出,后板撑壁缸组缩回同时两板间伸缩缸组缩回,如此往复完成了整个机身的行进。设计了机器人的清淤系统。其主要是由三个部分构成,分别是淤泥导入机构、清淤缸和淤泥导出机构。导入机构主要负责破碎淤泥,并将淤泥引导到清淤缸;清淤缸主要负责压缩并泵送淤泥;导出机构主要负责让经过清淤泵的淤泥能够顺利地从管道清淤机器人的尾部输送到地面的淤泥收集车中。值得注意的是当管道清淤机器人在行进时,清淤系统也在同时进行工作,将收集的污物通过清淤缸泵送到地面。此外,还研制了管道机器人的位姿自动纠偏系统。其主要是由两个微型气动马达、两个旋向相反的螺旋叶片、顶杆式调压阀等构成。当机器人机身发生偏转时,纠偏支架与一侧的调压阀的顶杆接触,该侧气动马达进口气压增大,该侧的螺旋叶片输出扭力增大,淤泥的反作用力增大,使得摇摆杆对调压阀的挤压变大,而调压阀与机器人整体固定连接,换言之,淤泥的反作用力使得机器人整体位姿得到调整,从而实现位姿的纠偏。在设计计算、仿真分析的基础上,所研制的管道清淤机器人完成了实验室性能测试,现场管道清淤试验,并取得成功,可以用于市政管道的清淤作业。