CN110621455A - 用于管道任务的软主体机器人 - Google Patents

Abstract

用于将传感器和仪器比如泄漏传感器运输到水管中的被动机器人。机器人包括具有紧贴在水管内的直径的泄漏传感器。泄漏传感器位于基本对称的第一和第二软主体侧面并与之结合。每个盖设置在第一和第二软主体中的每个上。每个软主体具有带有颈部的渐缩结构，其中软主体长度与颈部宽度之比被选择成允许软主体弯曲，从而允许被动机器人通过急转弯部和T型接头。

Description

用于管道任务的软主体机器人

技术领域

本发明涉及在水管内运输传感器和仪器，尤其涉及具有软的、可挤压的主体的被动机器人，在携带泄漏检测传感器时，该主体可以在管道中机动经过90度急转弯和T型接头。

背景技术

在全世界每个城市的街道下方，水管系统静静地分配这种宝贵的资源，而它们重要的问题常常被忽视。一个这样的问题就是管道泄漏。有报道表明，在全球几乎所有国家，近20％的净水供应因泄漏而流失[1][2]。在水短缺地区比如沙特阿拉伯，泄漏率甚至高达30％[3]。通过减少泄漏，社会能以当前生产能力满足更多的用水需求。减少泄漏可以直接缓解全球净水不足，这种不足会随着人口增长变得更加严重。

水泄漏很难发现。虽然水管破裂偶尔发生，但是小的泄漏一直存在于每一段地下水管中。那些小的泄漏造成了大部分的水流失，并且它们可能发展成大的泄漏，最终造成管道破裂。几乎所有的水务局所使用的典型的地上人工检测方法均无法有效发现小泄漏，尤其是在难以接近管道的情况下例如建筑下方的管道。使用照相机、声学系统和压力感测系统的管道泄漏检测方法能更可靠且精确地发现这些泄漏所在位置。研究人员已经开发出基于压力梯度的管道泄漏传感器[4][5]。它们使用膜来检测泄漏处所产生的吸力。它尤其适合在低压小直径管道中发现小的泄漏。

良好的管道泄漏传感器仅在移动平台可以携带它通过水管时是有用的。城市用水分配系统通常由50-150毫米之间的小直径管道组成(2-6英寸)。有许多T型接头和弯头。它们大部分时间都在内部流水情况下工作。在流动状态下，移动平台必须能通过具有T型接头和弯头的小直径管道系统。而且，典型的泄漏传感器使用膜来检测泄漏，并且那些膜为了检测泄漏必须保持在距管壁的固定距离内。于是，平台须具有位置和取向稳定性。现有的管道平台无法同时满足两个条件。在该领域的一方面，自由浮动系统如智能球[6]可跟随水流经过具有弯头的管道。管道泳动机器人比如[7]可以主动地在T型接头和弯头处转弯。这两种系统小巧并且不接触管壁地在管道中移动。但它们易受到管道中的湍流影响。它们不能保持泄漏传感器的合适的位置和取向。另一方面，管道检测仪(PIG)是流动驱动机器人，它们在管壁上滑动。它们可携带超声换能器、磁通泄漏传感器和具有相似位置和取向稳定性要求的其它传感器通过管线[8]。常规PIG是硬的并且是单件。一些其它PIG更像火车，具有用接头连接的多节比如[9]。单件PIG不能绕管道接头做急转弯，但火车状PIG可以。但所有PIG都是为大直径管道开发的；一些用于小直径管道的PIG很难制造。

此外，现有的机器人插入和移出水管通常需要安装专用的入口点和出口点。这可能导致成本过高。优选的选项是将机器人插入管道中并将它们从现有管道基础设施比如消防栓中取出。消防栓实质上是90度弯曲，后随有连接至水管的T型接头。对于现有的硬的单件式或多节式机器人来说，通过那些弯曲部和T型接头是困难的。没有机器人能够经由消防栓进出水管，将它们部署在真正的水管中非常昂贵。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种机器人，其用于载运泄漏传感器经过小直径的复杂水管系统，水管系统包括弯头和T型接头以及轻微的障碍，同时保持其携带的泄漏传感器的位置和取向稳定性。

一方面，本发明是泄漏检测机器人，包括具有紧贴水管内的直径的泄漏传感器。泄漏传感器位于基本对称的第一和第二软主体的侧面并与之结合。软主体具有端盖。每个软主体具有带有颈部的渐缩结构，其中软主体长度与颈部宽度比被选择成容许软主体弯曲，从而允许被动机器人通过急转弯。

在优选的实施例中，机器人主体可执行近90度的急转弯。优选地，端盖具有小于半圆的曲率以利于盖在T型接头处避开阶梯障碍。还优选地，软主体中的至少一个包含用于感测、控制、判定、数据处理、数据存储和机器人通信的电子器件。适用于软主体的材料是具有邵氏硬度00-50的硅橡胶。合适的软主体长度比颈宽度约为2。

另一方面，本发明的被动机器人可携带任何传感器和仪器，包括相对于水管中心线需要位置和取向的那些。在一个实施例中，仪器是具有紧贴水管内的直径的泄漏传感器。泄漏传感器被结合至机器人的软主体部分。软主体具有颈部，从而软主体长度与颈宽度比被选择成容许软主体弯曲，从而允许被动机器人通过急转弯。

附图说明

图1是水管系统中通过T型接头的软主体机器人的示意图。

图2A是通过水管系统的包括用于双向运动的基本对称的第一和第二软主体的本发明的实施例。

图2B是通过水管系统的用于单向运动的单个软主体的本发明实施例。

图3A是用于评估本发明机器人的材料的实验的示意图。

图3B是所需的力相对于软主体的橡胶材料的邵氏硬度的曲线图。

图4A是包括颈部以增强弯曲的软主体的示意图。

图4B是所需的力相对于软主体的高宽比的曲线图。

图5A、5B和5C是各种端盖结构的示意图，以分析通过包括阶梯的接头的能力。

图6是用于将机器人插入水管系统的公开技术的示意图。

图7是用于将机器人插入水流系统的旁路回路结构的示意图。

图8是利用金属网将机器人从水管系统中取回的本发明的实施例的示意图。

图9是用于本文所述机器人测试的221米管道段的示意图。

具体实施方式

近年来，软机器人的开发提供了用于管道漏水检测的方法。软橡胶制成的机器人可以在移动的同时被挤压或弯曲[10]、[11]。软传感器[12][13]已经方便地测量多个方向上的应变。软材料还被用于制造模仿真实的鱼游泳的泳动机器人[14]、[15]。软材料为构建管道系统提供许多可能性；它是弹性的、可变形的、防水的、易调整且易于嵌埋电子器件。

软材料因其挤压和弯曲能力而吸引人。在水管中通常会看见碎屑、水垢和其它管径减小物阻碍了机器人的路径。能够挤压通过这些区域使机器人更可靠。软体机器人可以自然地跟随液流并弯曲以绕弯头转弯。而且伴随正确的头部设计，软体机器人10可以在T型接头处弯曲，如图1所示。在该图中，浅色的软体机器人携带深色的泄漏传感器12。泄漏传感器12具有很小的适应性或灵活性。当系统从竖直支路进入T型接头时，其头部将接触T型接头的底端并且沿着流动方向弯曲。随着机器人的前部弯曲并与水平管道对齐，管流将继续拉动机器人的这部分并将泄漏传感器12拉入水平管道中。机器人头部须有利于转弯；它应沿水平管道滑动，引导整个系统转弯而不是制动。在不同的情况下，当机器人从水平管道的左侧进入T型接头并打算前往竖直支路时，机器人在没有致动情况下将不可能这样做。即使有致动，如果在水平管道中的流速过高且机器人进入T型接头的动量过大，它仍将很难竖向转弯。因此，软体机器人仅在特定情况下可以通过T型接头。因此，当在管道系统中使用这种机器人时，其可通过的地方将受限于T型接头的布局和管流。然而在一些情况下，当与常规PIG相比时，在弯头和T型接头处能转弯已经是一个巨大飞跃。而且，这种限制可更容易预测这种流动驱动机器人可通过的地方。

因此，阐述了如图2A和2B所示的本文所述机器人的概念。它的本体是软的并可弯曲以绕行弯头和T型接头。它没有致动且是流动推动的。它非常紧凑。电子器件(未示出)嵌埋在软主体中以保持完整性和防水性。它在前面具有结实的端盖14以导向机器人并在其行进到T型接头和弯头中时减少接触摩擦。

机器人10在后面携带泄漏传感器12。合适的泄漏传感器如[16]所述。有四个膜传感器、四个支撑件并且在从机器人的后面看时它们形成圆形图案。每个膜传感器可拉伸并通过测量拉伸力来检测泄漏。当膜盖在泄漏处时，来自泄漏的吸力将膜压在壁上。随着系统继续前行，膜将被拉伸并因此指示泄漏。支撑件就像雨伞；它们承受弹簧力并被迫延展。它们保持膜传感器接近管壁。

机器人转弯能力由其灵活性确定并且其灵活性取决于材料和几何形状。首先要解决材料选择问题。然后讨论图2A和2B中的形状因素，L、Hn、Wn。从图1所示的T型接头的情况来看，可以看出机器人的长度L必须与管道直径相似，所以它可以在泄漏传感器12进入之前在水平管道中弯曲。机器人最容易变形的地方是颈部，即主体最薄部分。因此，颈部位置Hn和颈部宽度Wn影响机器人弯曲能力。

进行一组实验以发现最佳可用于这种机器人10的软材料。来自Smooth-on LLC的Ecoflex和Moldstar产品线是各种有据可查且易于制造的硅橡胶材料。然而，因为软主体物质的形状，硬度没有准确地转换为弹簧常数。对相邻邵氏硬度值的六个产品进行实验。用每种材料制造如图3A所示的半椭圆形仿真机器人。柔软部分的基部长50毫米，直径45毫米。在尖端上是高度15毫米的硬盖14。测试中，每个软主体固定在基部上，同时用测功机将尖端向左拉3厘米。测量稳态力并且绘制在图3B中。低的力需求是优选的，因为那转化为低压力需求，以使管流推动机器人通过弯曲部。邵氏硬度为00-30和00-50的更软的硅橡胶需要更小的力来弯曲，而邵氏硬度为A10-20的更硬的硅橡胶需要大于两倍的力来弯曲。邵氏硬度A-40的最后一个硅橡胶无法弯曲并且因此没有绘制。还观察到，由邵氏硬度为00-30橡胶制成的软主体首先会受到轴向力而出现屈曲，而在相同载荷下其它软主体会首先弯曲。为了在T型接头处转弯，不期望出现屈曲。因此，下一种最容易弯曲的材料，邵氏硬度为00-50的Ecoflex硅橡胶被选择用于机器人。这种材料适于约2英寸内径的小管道。更大的管道需要更软的材料来保持相同的整体刚度。这种更软的材料可以是低邵氏硬度等级的硅橡胶或不同种类的橡胶。

相似的实验还用于确定可能的机器人几何形状。假设，如果几何形状中存在颈部，那么软主体总是在颈部弯曲并且弯曲所需的力将取决于颈部尺寸。一些试验证实，软主体总是在颈部弯曲。于是，设计了一组实验以确定颈部宽度。如图4A所示，制造并测试具有不同宽高比的凹形形状的仿真机器人。柔软部分的高度H约为50毫米，基部的直径是45毫米。考虑到颈部和基部之间的空间需要容纳电子器件，因此将颈部设置为距基部35毫米。硬盖14高度是15毫米。在试验中，每个软主体固定在基部上，同时其尖端被向左拉动2厘米。测量稳态力并绘制在图4B中。第一数据点是来自较早材料测试的相同的半椭圆形软主体并且是凸出的。其它三个主体是凹形的且它们都有更低的弯曲力需求。随着颈部变薄，弯曲所需的力减小，但会占用机器人的空间。因此，选择H:W＝2左右的中值比是为了既易于弯曲、也在主体内有较大的空间。在该H:W比例下，在弯曲期间大部分变形发生在颈部处，且基部和颈部之间的空间几乎没有受到影响。如果电子器件放置在该空间中，那么它们在弯曲期间将不会被严重挤压或拉伸。

为了坚固耐用性起见，还考虑了端盖14的设计。端盖14是接触的第一点且它引导机器人的其它部分通过弯曲部和T型接头。端盖14的曲率严重影响机器人在障碍处避免堵塞的能力。已知的障碍之一是一些T型接头的阶梯，这是管道直径的突然变化。当机器人被推动以在T型接头处弯曲时，其端盖将沿着管壁滑动并抵碰阶梯。当这种情况发生时，在两个接触点处的反作用力在盖上产生力矩，除了防止盖转动的摩擦力之外。在图5A、5B和5C所示的情况下，取决于转动中心或等同的盖曲率中心的位置，两个反作用力将导致盖在不同方向转动。如图5A的急剧的曲率，转动中心(黑点)靠近盖的前部尖端放置，盖上的两个法向力F1和F2在盖上施加相对的力矩。因此，盖上的总力矩几乎为零或者逆时针方向最小化。这将需要致动力以克服摩擦力和小的逆时针力矩，从而使盖越过阶梯。在图5B中，盖曲率不那么急剧并且更像半圆。转动中心后移并且现在其与F1的延长线对齐。因此，F1在盖上产生零力矩而F2在盖上产生逆时针力矩。这将需要更多的致动以产生更大的顺时针力矩，从而将盖提高越过阶梯。如图5C所示的最佳设计，其中盖具有最大曲率半径且转动中心在后面。两种力在盖上产生顺时针力矩，减小使盖越过阶梯所需的致动力。

构建一个52毫米(2英寸)内径管道系统的原型，其尺寸是根据上述设计分析得到。其示出在图2A和2B中。其尺寸列在表I中。机器人10的外径为50毫米，以便容纳管道中可能的生锈和污垢。泄漏传感器直径为52毫米。在泄漏传感器和机器人之间有嵌埋在硅橡胶中的直径为44毫米的硬板。电子器件也被嵌埋在硅橡胶中并且构建在硬板上。其包括3.7伏110毫安时锂电池，Arduino mini pro 3.3伏/8兆赫微处理器和Pololu 9自由度惯性测量单元(IMU)，盖14还被连接到硅橡胶。盖14直径为35毫米。它是中空的，盖的顶部可被移除以接近里面的microSD卡读卡器和电池插头，这种结构允许在实验之后下载数据并给电池充电。橡胶O形圈在盖封闭时用于密封盖14。盖是塑料的并且是3D打印的。环氧树脂涂层施加至它们以使它们不透水。在所有非硅橡胶部件组装后，它们被放置在模具里。然后，来自Smooth-on LLC的Ecoflex 0050硅橡胶在其液体形态下被倾倒进模具中。当硅橡胶固化时，机器人制成且其是单件。

表I原始和新的泄漏传感器的参数

尺寸	值
		L	50毫米
Hn	35毫米
		Wn	25毫米
Hc	15毫米
		Ld	117毫米

设计了两种将本发明的机器人插入水管的方式。第一种是通过Y型接头或T型接头插入，并且其需要对现有管道进行最小的修改。定制的接头示出在图6中。在接头的侧支路中，安装两个阀。在阀1打开、阀2关闭的情况下，机器人和致动的活塞被放置在侧支路管道中。然后阀1关闭、阀2打开。活塞通过连杆或电磁装置致动以推动机器人通过阀2进入主管道。在T型接头的情况下，活塞可在一侧上具有斜坡以帮助对准机器人。使用图6所示的活塞，当主管道中没有很大的水流时，机器人将总是行进到主管道的右侧。当水流很大时，机器人总是跟随液流的方向。

在实验室装置中演示了通过T型接头插入机器人的方法。使用直径2英寸的透明时间表40塑料管道系统用于演示。在开始时，T型接头的入水口是关闭的，所以在插入期间没有液流。然后操作者在竖直管道中放置机器人并且用杆将其推入T型接头中。当机器人的前面到达T形接头的底面时，操作者再次推动并迫使机器人向左侧弯曲。机器人的前部弯曲但是没有完全与水平管道对齐。此时，前盖与直管道和T型接头之间形成的阶梯接触。操作者在撞击机器人之前拉回杆。这种撞击迫使盖离开阶梯，前部和泄漏传感器在水平管道中。然后操作者温和地将机器人的后部推到水平管道中。在下一个步骤中，关闭T型接头的竖直部分上的盖，T型接头的右侧入水口打开。然后水流将机器人向下推向管道。

这种方法可用于通过消防栓将机器人推入地下水管。消防栓通过T型接头连接至水管。通过打开消防栓，移除内部的机械装置，然后技术人员可以将机器人插入消火栓，将其向下推到T型接头并且因此进入水管。

第二插入方法是通过旁路将机器人插入管道。旁路是在管线上添加的并行回路以为水流提供从A点到B点的两种路径选择。该回路在图7中进行了描述。在机器人10插入之前，阀1、2和3关闭且阀4打开。水流略过回路并且通过阀4到达出口。然后打开阀1，并且机器人通过阀1插入并且通过T型接头到达接近阀2的点。然后关闭阀1并打开阀3。这种动作为回路补充水并推动机器人抵靠阀2。然后同时打开阀2并关闭阀4。水流通过回路并且将机器人带向出口。这种并行回路在机械上不如T型接头装置复杂。其可以容易地添加至水管系统中的现有弯曲部或U形转弯处。

在管道系统的另一端，应用具有Y型接头的另一旁路用于取回机器人。取回工具装置示出在图8中。在机器人从并行回路开始的左侧进入T型接头之前，阀1和3关闭，阀2和4打开。这迫使液流和机器人进入并行回路并且向Y型接头移动。当机器人到达Y型接头处的金属网16时，其动量和其后面的流体力将其推向阀3。同时，液流通过网并且继续通过并行回路。机器人然后撞击阀3并发出清晰的“咚”的声音。在使用其它方法检测声音或感测到机器人到达之后，操作者打开阀1，然后关闭阀2和4。现在液流略过并行回路并且通过阀1移向出口。然后，将机器人从阀3中安全地取回。

可以在真正的水系统中的消防栓上执行取回机器人的这种方法。在机器人到达消防栓出口之前，打开消防栓并将金属网16插入消防栓下面的T型接头中。网将拦截T型接头中的水流。当机器人到达金属网16时，流体将迫使其沿着网弯曲并且从T型接头离开。因此，机器人离开消防栓。同时，水流将继续通过金属网向下游流动。

本发明的机器人已在沙特阿拉伯的Pipetech LLC的工业设施中成功测试。测试的目的是验证该机器人是良好的移动平台以用于携带传感器通过小直径水管系统。用于测试的2英寸管线节段具有四个弯曲部并且跨度221米(图9)。整个管线处于水平面中。

进行了两个压力水平的测试。在第一测试中，管线进入压力是4巴表压。测试步骤如下：操作者用插入工具部署机器人，等几分钟，听到机器人到达取回工具内，将机器人取出并且从机器人下载运动信息。

测试重复13次，并且在全部13次测试中机器人都成功地下水并取回。平均运行时间是345秒，并且这使机器人的平均速度约为0.64米/秒。相同的测试在管线入口处以2巴表压重复7次。平均运行时间550秒，并且机器人的平均速度是0.40米/秒。在4420米的总距离中，机器人以100％的成功率通过全部80个弯头和40个T型接头(每个插入和取回工具中有一个T型接头)。它能够成功搜集泄漏测量值以验证泄漏传感器的性能，如[16]所提出。据我们所知，这是第一台不受限的机器人，当水管在运行状态时，它成功地行进通过具有弯曲部和T型接头的小直径水管的长距离。

我们已经提出用于携带传感器通过小直径水管系统的软体机器人的设计以及用于插入水管和从水管取回该机器人的方法。该机器人类似于管道检测仪；它通过管流推动并因此用较少的能耗走过远距离。不像常规的PIG，它是由软材料制成并它可以跟随水流通过管弯头。这允许机器人用于比长直管道系统更复杂的管道系统。在52毫米内径的工业管道系统中构建和测试了原型。该机器人在用于小直径管线中的任务方面非常具有竞争力。

为了在自来水总管中使用任意管道机器人，我们须将它们放入管道中。一种方式是将新的配件增加到管道中用于插入和取回机器人，但是在美国这样做所需的建筑工程成本很高。另一种方式是采用现有的管道特征比如消防栓，由于不需要任何建筑工程，故这显然更便宜。消防栓被连接至具有管弯头和T型接头的自来水总管。为了通过消防栓将机器人插入管道，需要机器人能够在管弯头和T型接头处转弯。本文中的工作正确地解决了如何以可靠且有效的方式实现这些功能。因此它在实践中具有很高的价值。

本文所列的参考文献通过整体引用合并至本申请中。

应该认识到，可以预料到对本发明的修改和变型，并且所有这样的修改和变型都应被涵盖在所附权利要求书的范围内。

参考文献

[1]National Water Research Institute–Meteorological Service ofCanada,“Threats to water availability in Canada,”Environment Canada,2004.

[2]Vickers A.L,“The future of water conservation:Challenges ahead,”Water Resources Update,Universities Council on Water Resources,Tech.Rep.,1999.

[3]Al-Dhowalia K.H.,Shammas N.Kh.,Quraishi A.A.and Al-Muttair F.F.,“Assessment of leakage in the Riyadh water distribution network,”KingAbdulaziz City for Science and Technology,Tech.Rep.,1989.

[4]D.Chatzigeorgiou,You Wu,K.Youcef-Toumi and R.Ben-Mansour,“Reliablesensing of leaks in pipelines,”in ASME Dynamic Systems and ControlConference,2013.

[5]D.Chatzigeorgiou,K.Youcef-Toumi and R.Ben-Mansour,“Design of anovel in-pipe reliable leak detector,”IEEE/ASME Transactions on Mechatronics,2014.

[6]R.Fletcher and M.Chandrasekaran,“:A new approach inpipeline leak detection,”in 2008 7th International PipelineConference.American Society of Mechanical Engineers,2008,pp.117–133.

[7]Y.Wu,A.Noel,D.D.Kim,K.Youcef-Toumi,and R.Ben-Mansour,“Design of amaneuverable swimming robot for in-pipe missions,”in Intelligent Robots andSystems(IROS),2015IEEE/RSJ International Conference on.IEEE,2015,pp.4864–4871.

[8]J.Quarini and S.Shire,“A review of fluid-driven pipeline pigs andtheir applications,”Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part E:Journal of Process Mechanical Engineering,vol.221,no.1,pp.1–10,2007.

[9]Schempf,Hagen and Mutschler,Edward and Goltsberg,Vitaly andSkoptsov,George and Gavaert,Alan and Vradis,George,“Explorer:Untethered real-time gas main assessment robot system,”in Proc.of Int.Workshop on Advances inService Robotics,ASER,vol.3,2003.

[10]R.F.Shepherd,F.Ilievski,W.Choi,S.A.Morin,A.A.Stokes,A.D.Mazzeo,X.Chen,M.Wang,and G.M.Whitesides,“Multigait soft robot,”Proceedings of theNational Academy of Sciences,vol.108,no.51,pp.20 400–20 403,2011.

[11]M.T.Tolley,R.F.Shepherd,B.Mosadegh,K.C.Galloway,M.Wehner,M.Karpelson,R.J.Wood,and G.M.Whitesides,“A resilient,untethered soft robot,”Soft Robotics,vol.1,no.3,pp.213–223,2014.

[12]A.Frutiger,J.T.Muth,D.M.Vogt,Y.Mengu‥c,A.Campo,A.D.Valentine,C.J.Walsh,and J.A.Lewis,“Capacitive soft strain sen-sors via multicore–shellfiber printing,”Advanced Materials,vol.27,no.15,pp.2440–2446,2015.

[13]J.T.Muth,D.M.Vogt,R.L.Truby,Y.Mengu‥c,D.B.Kolesky,R.J.Wood,andJ.A.Lewis,“Embedded 3d printing of strain sensors within highly stretchableelastomers,”Advanced Materials,vol.26,no.36,pp.6307–6312,2014.

[14]A.Cloitre,V.Subramaniam,N.Patrikalakis,and P.V.y Alvarado,“Designand control of a field deployable batoid robot,”in 2012 4th IEEE RAS&EMBSInternational Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics(BioRob).IEEE,2012,pp.707–712.

[15]P.V.y Alvarado and K.Youcef-Toumi,“Design of machines withcompliant bodies for biomimetic locomotion in liquid environments,”Journal ofdynamic systems,measurement,and control,vol.128,no.1,pp.3–13,2006.

[16]You Wu,Kristina Kim,Michael Finn Henry and Kamal Youcef-Toumi,“Design of a leak sensor for operating water pipe systems,”The 2017 IEEE/RSJInternational Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS),UnderReview,2017.

[17]D.Chatzigeorgiou,R.Ben-Mansour,A.Khalifa and K.Youcef-Toumi,“Design and evaluation of an in-pipe leak detection sensing technique basedon force transduction,”in ASME International Mechanical Engineering Congressand Exposition,2012.

Claims (8)

1.一种用于在水管内行进的被动机器人，包括：

至少一个软主体，其中所述至少一个软主体被连接至传感器或仪器，该传感器或仪器在管道中需要特定位置或取向才起作用；

在每个软主体上的端盖；

其中，每个所述软主体具有带有颈部的渐缩结构，其中软主体长度与颈部宽度之比被选择成允许所述软主体弯曲，从而允许所述被动机器人通过急转弯部。

2.根据权利要求1所述的机器人，其中所述急转弯部是90度。

3.根据权利要求1所述的机器人，其中所述端盖具有小于半圆的曲率或等同地具有在所述盖的后面的曲率中心，以利于盖在T型接头处避开阶梯障碍。

4.根据权利要求1所述的机器人，其中所有电子器件都嵌埋在所述至少一个软主体内。

5.根据权利要求1所述的机器人，其中所述软主体由软材料如硅橡胶制成。

6.根据权利要求5所述的机器人，其中所述硅橡胶的邵氏硬度为00-50。

7.根据权利要求1所述的机器人，其中软主体长度与颈部宽度之比约为2，从而所述软主体机器人总是在颈部处弯曲。

8.一种基于软材料的机器人设计，包括：

至少一个软主体；

在所述软主体上的至少一个端盖，和允许所述软主体结合至其它硬装置的在所述软主体上的界面；其中所述软主体具有颈部，其中软主体长度与颈部宽度之比被选择成允许所述软主体弯曲，从而允许所述被动机器人通过急剧的主体。