1、空間曲線型微細管路在航空、航天、船舶、汽車及核工業(yè)領域發(fā)揮著重要作用，然而對其內部的結構檢測及三維重建卻一直是制約這些領域發(fā)展的技術瓶頸。因此，針對空間曲線型微細管道潛入式無損檢測微小管內機器人技術的研究已逐漸成為了技術前沿和研究熱點。 論文在綜述機器人的發(fā)展歷史、國內外微小管內機器人的研究狀況及其所需要解決關鍵技術的基礎上，針對空間曲線型分布的深細孔和管路內壁質量檢測和三維幾何模型重建問題，提出了一種基于慣性驅動并具有自主定

2、位功能的鈸形壓電復合微小管內機器人。 針對這種微小管內機器人技術，文章從該微小管內機器人的爬行驅動系統(tǒng)及爬行定位系統(tǒng)兩大方面進行了研究論述： 首先針對微小管內機器人的動力源，設計開發(fā)了一種基于壓電逆效應的可應用于微小管內機器人動力驅動的鈸形壓電復合致動器。根據(jù)微小管內機器人動力裝置的實際應用特點，提出了鈸形壓電復合致動器的開槽式結構優(yōu)化方法，建立了開槽式鈸形壓電復合致動器的理論分析模型。通過理論建模、有限元及實驗分析驗證

3、了開槽結構優(yōu)化后，鈸形壓電復合致動器較無槽鈸形壓電復合致動器，其輸出位移、輸出力及能量轉化率等特性均有大幅提高。基于這種鈸形壓電復合致動器，設計制造了基于慣性驅動原理并能滿足φlOmm管道爬行的機器人動力裝置。針對鈸形壓電復合動力動力裝置的具體結構，建立了該動力裝置的時域動力學模型及系統(tǒng)狀態(tài)空間表達，并通過模態(tài)分析及計算機動力學仿真分析，論述了該系統(tǒng)的運動機理。根據(jù)對該鈸形壓電復合動力裝置進行運動速度、負載能力及管道適應性等方面進行實驗

4、，說明了該動力裝置具有良好的動力性能。 為了滿足微小管內機器人進行φ10mm管道爬行定位的要求，研制了一種仿尺蠖式爬行的微小管內機器人爬行軸向定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于鈸形壓電復合動力裝置響應速度快的特點，采用機械碰撞接觸式運動機構的定長碰撞解決了仿尺蠖爬行式微小管內機器人軸向的全程定位問題。通過碰撞理論及實驗分析證明了該定位機構的接觸碰撞屬有利碰撞，有利于提高距離定位測量的精度。然而，盡管該系統(tǒng)具有結構簡捷緊湊并巧妙結合驅動器運動進

5、行相對位移檢測的特點，但實際應用中爬行步距很難做到非常小以大幅提高管道位移檢測分辨率。因此，文章在第五張補充研究了一種基于光學導航原理的二維光學定位方法。針對微小管內機器人管道三維重建精度及環(huán)向偏轉問題，提出了一種基于光學導航技術，能夠實現(xiàn)二維位置檢測的光學定位系統(tǒng)設計理論和方法。文中闡述了基于光學導航技術的測量原理及相關算法，應用ADNS-2051光學傳感芯片，研制開發(fā)出適合內徑 12．5mm的管道的微小管內機器人二維光學定位系統(tǒng)，并