CN111692457A - 具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人 - Google Patents

具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，包括主体致动器、前锚定器、后锚定器、进气管、气动管路系统和控制系统，主体致动器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后利用折纸工艺折叠并粘结固定成手风琴风箱状的三维结构并两端密封，前锚定器和后锚定器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后按照克雷斯林图案折叠成三维结构并两端密封，主体致动器、前锚定器和后锚定器通过磁铁吸合相连接，并通过气动管路系统借助通入主体致动器、前锚定器和后锚定器的进气管进行驱动。本发明的仿蠕虫管道机器人具有轻质和柔软的外表与体质，能够很好地应对外部碰撞，同时具有模块化设计、成本低、灵活性高、易于控制的优点。

Description

具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人
技术领域
本发明涉及具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
蠕虫是一类具有细长、柔软、圆柱管状身体的无足动物，其通常借助身体的蠕动使自身的长度产生变化，并配合头端的前足和尾端的后足交替的锚定作用来实现其间歇行进运动。虽然它们的运动速度较低，但上述特征赋予了它们在受限与不规则空间中的运动能力。管道系统不仅在工农业生产中不可缺少，同时在人们的日常生活中也不可或缺。为了安全、环保或节约成本等目的，对管道进行定期检修是一项重要的任务。对于直径较小或极端铺设地点的管道而言，人工检测通常是难以实现的。蠕虫的身体特征与简单有效的步态使仿蠕虫机器人在管道检测中可发挥重要的作用。发表于Industrial Robot:AnInternational Journal,2013,40(3),261-274的文献《Design and control method fora high-mobilityin-pipe robot with flexible links》报道了一种由一系列刚性构件经连接构成的仿蠕虫管道机器人，这种由刚性构件构成的仿蠕虫管道机器人具有较高的功率与效率，动力性能强，但具有质量大、应对碰撞能力差、管道结构与空间适应性差、人机友好性差等缺点。而自然界的动物通常都具有柔软、弹性的体质，通过对生物系统所具有的功能和作用机理进行模仿而制造出的从事生物特点工作、由软质材料制成的软体机器人轻质、柔软的结构和外表使其能够很好地应对外部碰撞、穿越形状不规则和狭小的空间，并具有安全的人机交互性。针对仿蠕虫机器人在管道勘探与检测、灾后救援、军事侦查等领域巨大的应用前景，亟需设计一种具有柔软和轻质体质、管道结构与空间适应能力强的仿蠕虫管道软体机器人。
发明内容
本发明要解决的技术问题是仿蠕虫管道机器人应对外部碰撞能力差、管道结构与空间适应性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，包括主体部分、进气管、气动管路系统和控制系统，所述主体部分包括主体致动器、前锚定器和后锚定器，所述主体致动器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后利用折纸工艺折叠成手风琴风箱状的三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述主体致动器内部形成气腔；所述主体致动器沿轴线方向的相邻两顶点间设有条状机织物制成的限制条带；所述主体致动器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径小于所述管道的内径；所述锚定器包括前锚定器和后锚定器，所述前锚定器和后锚定器的结构相同；所述锚定器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后按照克雷斯林图案折叠成三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述锚定器内部形成气腔；所述锚定器的各个侧面均粘贴有与所述侧面形状相似的硅胶层，所述硅胶层的外表面设有若干圆柱状凸块；所述锚定器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径与所述管道的内径相适应；所述前锚定器位于主体致动器前方，所述后前锚定器位于主体致动器后方，所述主体致动器的轴线与所述锚定器的轴线共线；所述主体致动器前端面上设有第一磁铁组，所述第一磁铁组由若干磁铁组成，所述第一磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述主体致动器后端面上设有第二磁铁组，所述第二磁铁组由若干磁铁组成，所述第二磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述前锚定器的后端面上设有第三磁铁组，所述第三磁铁组由若干磁铁组成，所述第三磁铁组的磁铁数量与所述第一磁铁组的磁铁数量相等，所述第三磁铁组的磁铁与所述第一磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述后锚定器的前端面上设有第四磁铁组，所述第四磁铁组由若干磁铁组成，所述第四磁铁组的磁铁数量与所述第二磁铁组的磁铁数量相等，所述第四磁铁组的磁铁与所述第二磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述进气管包括第一进气管、第二进气管和第三进气管，所述第一进气管穿过所述后锚定器的后端面，所述第一进气管的前端位于所述后锚定器的气腔内，所述第一进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接；所述第二进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面，所述第二进气管的前端位于所述主体致动器的气腔内，所述第二进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第二进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分完全位于所述后锚定器的气腔内；所述第三进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面，所述第二进气管的前端位于所述前锚定器的气腔内，所述第三进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第三进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分完全位于所述后锚定器的气腔内，所述第三进气管位于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分完全位于所述主体致动器的气腔内；所述第一进气管与所述后锚定器的后端面之间、所述第二进气管与所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面之间、所述第三进气管与所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面之间均进行粘接使所述后锚定器、主体致动器和前锚定器的气腔密封；所述第二进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述主体致动器的最大长度。
优选地，所述机织物为PVC涂塑尼龙机织物。
优选地，所述限制条带的长度小于所述主体致动器沿轴线方向的相邻两顶点间的最大距离。
优选地，所述圆柱状凸块在所述硅胶层外表面上的分布形式为，靠近硅胶层外边缘的凸块高度小于靠近硅胶层中心的凸块高度。
优选地，所述硅胶层为利用模具浇筑而成。
优选地，所述气动管路系统包括空压机、真空泵、若干气压调节阀、若干电磁阀、若干四通管接头和若干气管，所述空压机、真空泵、气压调节阀和电磁阀经四通管接头和气管相连通。
优选地，所述电磁阀设有第一通口、第二通口和第三通口，所述电磁阀设有得电和失电两个状态。
优选地，所述控制系统包括计算机、直流电源、微控制器、若干继电器，所述直流电源与所述继电器和所述电磁阀相连接，所述计算机利用串口通讯向所述微处理器上传控制程序并下达运行指令，所述微控制器运行控制程序向所述继电器输出控制信号，以控制所述继电器的通断；所述继电器与所述电磁阀的数量相等并一一对应，所述继电器的常开式触点串联进所述电磁阀的通路电路中。
优选地，所述控制信号为高电平时，所述继电器的常开式触点闭合，所述直流电源与所述电磁阀形成通路，电磁阀得电，所述第二通口与第三通口相通；当所述控制信号为低电平时，所述继电器的常开式触点保持断开，所述直流电源与所述电磁阀无法形成通路，电磁阀失电，所述第一通口与第二通口相通。
优选地，所述气压调节阀包括第一气压调节阀和第二气压调节阀，所述电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀和第八电磁阀，所述四通管接头包括第一四通管接头和第二四通管接头，所述空压机与所述第一调压阀通过气管相连通，所述第一调压阀通过气管与所述第一电磁阀的第二通口相连通，所述真空泵与所述第二调压阀通过气管相连通，所述第二调压阀通过气管与所述第二电磁阀的第二通口相连通；所述第一电磁阀的第一通口与大气相连通，所述第二电磁阀的第一通口与大气相连通；所述第一电磁阀的第三通口通过气管和第一四通管接头与第三电磁阀的第三通口、第四电磁阀的第三通口和第五电磁阀的第三通口相连通，所述第二电磁阀的第三通口通过气管和第二四通管接头与第三电磁阀的第一通口、第四电磁阀的第一通口和第五电磁阀的第一通口相连通；所述第三电磁阀的第二通口通过气管与所述第六电磁阀的第一通口相连通，所述第四电磁阀的第二通口通过气管与所述第七电磁阀的第一通口相连通，所述第五电磁阀的第二通口通过气管与所述第八电磁阀的第一通口相连通；所述第六电磁阀的第三通口密封，所述第七电磁阀的第三通口密封，所述第八电磁阀的第三通口密封；所述第六电磁阀的第二通口与所述第一进气管相连通，所述第七电磁阀的第二通口与所述第二进气管相连通，所述第八电磁阀的第二通口与所述第三进气管相连通。
优选地，所述控制信号在所述管道软体机器人运动初始状态下的规律为：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，第二电磁阀得电，同时，其余继电器的控制信号为低电平，所述后锚定器、主体致动器和前锚定器的气腔内部的气体被吸入气动管路系统而排出，后锚定器、主体致动器和前锚定器折叠收缩。
优选地，所述控制信号在所述管道软体机器人的一个运动周期中的变换规律如下：
步骤1：第一继电器的控制信号为高电平，第一继电器的开关闭合，第一电磁阀得电，同时，第三继电器的控制信号为高电平，第三继电器的开关闭合，第三电磁阀得电，气体经空压机、第一气压调节阀、第一电磁阀、第三电磁阀和第六电磁阀进入后锚定器的气腔，使后锚定器沿轴向伸展并沿径向膨胀，后锚定器上的硅胶层与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，第七继电器的控制信号为高电平，第七继电器的开关闭合，第七电磁阀得电，同时，第八继电器的控制信号为高电平，第八继电器的开关闭合，第八电磁阀得电，主体致动器和前锚定器的气腔被封闭，主体致动器和前锚定器保持折叠收缩的状态；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤2：第一继电器的控制信号为高电平，第一继电器的开关闭合，第一电磁阀得电，同时，第四继电器的控制信号为高电平，第四继电器的开关闭合，第四电磁阀得电，气体经空压机、第一气压调节阀、第四电磁阀和第七电磁阀进入主体致动器的气腔，使主体致动器沿轴向伸展；同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，第六电磁阀得电，后锚定器的气腔被封闭，后锚定器保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，第八继电器的控制信号为高电平，第八继电器的开关闭合，第八电磁阀得电，前锚定器的气腔被封闭，前锚定器保持折叠收缩的状态；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤3：第一继电器的控制信号为高电平，第一继电器的开关闭合，第一电磁阀得电，同时，第五继电器的控制信号为高电平，第五继电器的开关闭合，第五电磁阀得电，气体经空压机、第一气压调节阀、第五电磁阀和第八电磁阀进入前锚定器的气腔，使前锚定器沿轴向伸展并沿径向膨胀，前锚定器上的硅胶层与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，第六电磁阀得电，后锚定器的气腔被封闭，后锚定器保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，第七继电器的控制信号为高电平，第七继电器的开关闭合，第七电磁阀得电，主体致动器的气腔被封闭，主体致动器保持沿轴向伸展的状态；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤4：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，第二电磁阀得电，同时，第三继电器的控制信号为低电平，第三继电器的开关断开，第三电磁阀失电，同时，第六继电器的控制信号为低电平，第六继电器的开关断开，第六电磁阀失电，所述后锚定器的气腔内部的气体被吸入气动管路系统而排出，后锚定器折叠收缩；同时，第四继电器的控制信号为高电平，第四继电器的开关闭合，第四电磁阀得电，第七继电器的控制信号为高电平，第七继电器的开关闭合，第七电磁阀得电，主体致动器的气腔被封闭，主体致动器保持沿轴向伸展的状态；同时，第五继电器的控制信号为高电平，第五继电器的开关闭合，第五电磁阀得电，同时，第八继电器的控制信号为高电平，第八继电器的开关闭合，第八电磁阀得电，前锚定器的气腔被封闭，前锚定器保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤5：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，第二电磁阀得电，同时，第四继电器的控制信号为低电平，第四继电器的开关断开，第四电磁阀失电，同时，第七继电器的控制信号为低电平，第七继电器的开关断开，第七电磁阀失电，所述主体致动器的气腔内部的气体被吸入气动管路系统而排出，主体致动器折叠收缩；同时，第三继电器的控制信号为高电平，第三继电器的开关闭合，第三电磁阀得电，同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，第六电磁阀得电，后锚定器的气腔被封闭，后锚定器保持折叠收缩状态；同时，第五继电器的控制信号为高电平，第五继电器的开关闭合，第五电磁阀得电，同时，第八继电器的控制信号为高电平，第八继电器的开关闭合，第八电磁阀得电，前锚定器的气腔被封闭，前锚定器保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤6：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，第二电磁阀得电，同时，第五继电器的控制信号为低电平，第五继电器的开关断开，第五电磁阀失电，同时，第八继电器的控制信号为低电平，第八继电器的开关断开，第八电磁阀失电，所述前锚定器的气腔内部的气体被吸入气动管路系统而排出，前锚定器折叠收缩；同时，第三继电器的控制信号为高电平，第三继电器的开关闭合，第三电磁阀得电，同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，第六电磁阀得电，后锚定器的气腔被封闭，后锚定器保持折叠收缩状态；同时，第四继电器的控制信号为高电平，第四继电器的开关闭合，第四电磁阀得电，第七继电器的控制信号为高电平，第七继电器的开关闭合，第七电磁阀得电，主体致动器的气腔被封闭，主体致动器保持折叠收缩状态；同时，其余继电器的控制信号为低电平；准备进入下一个周期的运动，即回到步骤1。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通过利用不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后利用折纸工艺折叠成可伸缩的具有三维结构的气动式软体致动器，经磁铁吸合连接后制成仿蠕虫管道软体机器人，使仿蠕虫管道机器人不仅具有轻质和柔软的外表与体质，能够很好地应对外部碰撞，穿越结构复杂与狭小的管道空间，并具有大变形的能力，同时具有模块化设计、成本低、灵活性高、易于控制的优点。
附图说明
图1为本发明的仿蠕虫气动式管道软体机器人的结构示意图；
图2为本发明的仿蠕虫气动式管道软体机器人主体的结构示意图；
图3为本发明的主体致动器的结构示意图；
图4a至4g为本发明的主体致动器的制备过程中各步骤的示意图；
图5为本发明的PVC涂塑尼龙机织物正面的电子显微镜照片；
图6为本发明的PVC涂塑尼龙机织物反面的电子显微镜照片；
图7为本发明的前锚定器的结构示意图；
图8a至8d为本发明的前锚定器的制备过程示意图；
图9为本发明的硅胶层的结构示意图；
图10a至10f为本发明的硅胶层的制备过程示意图；
图11为本发明的第一磁铁组的磁铁在主体致动器前端面上分布的示意图；
图12为本发明的前锚定器、主体致动器和后锚定器的连接方式以及进气管在仿蠕虫气动式管道软体机器人本体上分布的示意图；
图13为本发明的仿蠕虫气动式管道软体机器人气动管路系统的示意图；
图14为本发明的电磁阀的通口位置示意图；
图15为本发明的仿蠕虫气动式管道软体机器人控制系统电路的示意图；
图16为本发明的仿蠕虫气动式管道软体机器人控制信号的变换规律图；
图17a至g为本发明的仿蠕虫气动式管道软体机器人在一个运动周期中的形态变化示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
图1至图17示出了本发明的实施例。图1示出了本实施例的仿蠕虫气动式管道软体机器人24的结构。仿蠕虫气动式管道软体机器人24包括主体部分35、进气管38、气动管路系统48和控制系统75。图2示出了本实施例的仿蠕虫气动式管道软体机器人24的主体部分35的结构，包括主体致动器68、前锚定器54、后锚定器25和进气管38。图3示出了主体致动器68的结构，图4a至4g示出了主体致动器68的制备过程。如图4a所示，将呈矩形、尺寸为120mm×100mm的PVC涂塑尼龙机织物45与呈矩形、尺寸为120mm×90mm的硬质纸64的一条长边和两条短边分别对齐后进行层叠，其中PVC涂塑尼龙机织物45的反面朝向硬质纸64。随后用胶水将PVC涂塑尼龙机织物45与硬质纸64进行粘结，如图4b所示。按照图4a中的折痕以虚线为谷线、实线为山线，利用折纸工艺折叠并粘结固定以形成手风琴风箱状的三维结构58，如图4c和4d所示。用与三维结构58的端面的形状相同、形状为六边形、边长为30mm的PVC涂塑尼龙机织物46将三维结构58两端的开口完全覆盖并粘结密封(如图4e)并沿轴线方向的相邻两顶点间设有条状尼龙机织物制成的限制条带63，得到内部有气腔50的主体致动器68，如图4f和4g所示。在本实施例中，主体致动器68上具有六节褶皱，每节褶皱完全伸展后的长度为20mm。图5和图6分别示出了本实施例的PVC涂塑尼龙机织物45的正面和反面的电子显微镜照片。PVC涂塑尼龙机织物45的经纱36和纬纱37的平均直径分别为260.92μm和203.28μm，平均经密和纬密分别为1.72根/mm和2.25根/mm。限制条带63的作用是避免主体致动器68的气腔50内部的气体被吸出时由于伸展的褶皱结构的不稳定性导致的部分谷形褶皱变成山形褶皱而使主体致动器68无法按照设计的结构进行折叠收缩。在本实施例中，限制条带63的长度为18mm，宽度为2mm。
图7示出了本实施例的前锚定器54的结构，图8示出了前锚定器54的制备过程。如图8a所示，将呈平行四边形、两组对边长度分别为150mm和28mm的PVC涂塑尼龙机织物47与呈平行四边形、两组对边长度分别为140mm和28mm的硬质纸65的一条宽边和两条长边分别对齐后进行层叠，其中PVC涂塑尼龙机织物47的反面朝向硬质纸65，随后用胶水将PVC涂塑尼龙机织物47与硬质纸65进行粘结。按照图8a中的折痕以虚线为谷线、实线为山线，按照克雷斯林图案折叠并粘结固定以形成三维结构59，如图8b和8c所示。用与三维结构59端面的形状相同、形状为五边形、边长为45mm的PVC涂塑尼龙机织物72将三维结构59两端的开口完全覆盖并粘结密封(如图8d)并在各侧面55使用硅胶胶水粘贴硅胶层22，得到内部有气腔51的前锚定器54，如图7所示。在本实施例中，PVC涂塑尼龙机织物47与用于制备主体致动器的PVC涂塑尼龙机织物45、46完全相同，硬质纸65与用于制备主体致动器的硬质纸64完全相同，图8a中α＝72°，前锚定器54设有五个侧面55。如图9所示，硅胶层22包括基体23和其上的若干凸块60，其中基体23为四棱柱形，其底面为与前锚定器54各侧面55形状相似但面积略小于侧面55面积的平行四边形，底面两组对边的长度分别为25mm和25mm；凸块60为圆柱状，在本实施例中，各硅胶层22上设有42个凸块60，凸块60的直径均相等，为2mm，基体23将凸块60与前锚定器54的侧面55隔开。凸块60在硅胶层22外表面上的分布形式为靠近硅胶层22外边缘的凸块60高度较小，为0.5mm，靠近硅胶层22中心的凸块60高度较大，为4.8mm。图10a至f示出了本实施例中硅胶层22的制备过程。首先，将Ecoflex00-30型硅胶的A胶88与B胶89按体积比为1:1倒入烧杯90后使用搅拌棒91搅匀，获得硅胶溶液92，如图10a所示；随后，将盛有硅胶溶液92的烧杯90放入压强为-15psi的真空干燥釜93中进行时长为1min的脱泡处理，如图10b所示；随后，将硅胶溶液92倒入模具94中，如图10c所示；随后，将盛有硅胶溶液92的模具94再次放入压强为-15psi的真空干燥釜93中进行时长为8min的脱泡处理，如图10d所示；随后，将盛有硅胶溶液92的模具94放入烘箱95，在50℃的温度下进行时长为20min的固化，最后将制备好的硅胶层22从模具94中取出，如图10f所示。在本实施例中，后锚定器25与前锚定器54的结构、尺寸、材料构成及制备方法均相同。
如图11所示，在主体致动器68的前端面69上设有第一磁铁组1，第一磁铁组1由3个微型磁铁62组成，微型磁铁62为圆柱形，直径为10mm，高度为3mm，中心设有沉孔77，微型磁铁62在前端面69上分布在与前端面69中心不重合的位置，微型磁铁62的N极朝向外侧；在主体致动器68的后端面70上设有第二磁铁组2，第二磁铁组2由3个微型磁铁62组成，微型磁铁62在后端面70上分布在与后端面70中心不重合的位置，微型磁铁62的N极朝向外侧；第一磁铁组1与第二磁铁组2均采用缝制与胶水粘贴的方式安装在主体致动器68上。如图12所示，前锚定器54的后端面57上设有第三磁铁组3，第三磁铁组3由3个微型磁铁62组成，第三磁铁组3的微型磁铁62的S极朝向外侧，第三磁铁组3的微型磁铁62与第一磁铁组1的微型磁铁62的位置一一对应并相互吸合连接；第三磁铁组3采用缝制与胶水粘贴的方式安装在前锚定器54上。后锚定器25的前端面73上设有第四磁铁组4，第四磁铁组4由3个微型磁铁62组成，第四磁铁组4的微型磁铁62的S极朝向外侧，第四磁铁组4的微型磁铁62与第二磁铁组2的微型磁铁62的位置一一对应并相互吸合连接；第四磁铁组4采用缝制与胶水粘贴的方式安装在后锚定器25上。
图12还示出了进气管38在仿蠕虫气动式管道软体机器人24的主体部分35上的分布情况。进气管38包括第一进气管5、第二进气管6和第三进气管7。在本实施例中，进气管38为外径为1.9mm，内径为0.8mm的硅胶软管。后锚定器25的后端面74上开有孔40，第一进气管5经孔40穿过后锚定器25的后端面74，第一进气管5的前端位于后锚定器25的气腔内，第一进气管5的后端位于后锚定器25的气腔之外并与气动管路系统48相连接；后锚定器25的前端面73上开有孔41，主体致动器68的后端面70上开有孔42，第二进气管6依次经孔40穿过后锚定器25的后端面74、经孔41穿过后锚定器25的前端面73及经孔42穿过主体致动器68的后端面70，第二进气管6的前端位于主体致动器68的气腔50内，第二进气管6的后端位于后锚定器25的气腔之外并与气动管路系统48相连接，第二进气管6位于后锚定器25的后端面74与前端面73之间的部分完全位于后锚定器25的气腔内；主体致动器68的前端面69上开有孔43，前锚定器54的后端面57上开有孔44，第三进气管7依次经孔40穿过后锚定器25的后端面74、经孔41穿过后锚定器25的前端面73、经孔42穿过主体致动器68的后端面70、经孔43穿过主体致动器68的前端面69及经孔44穿过前锚定器54的后端面57，第三进气管7的前端位于前锚定器54的气腔51内，第三进气管7的后端位于后锚定器25的气腔之外并与气动管路系统48相连接，第三进气管7位于后锚定器25的后端面74与前端面73之间的部分完全位于后锚定器25的气腔内，第三进气管7位于主体致动器68的后端面70与前端面69之间的部分完全位于主体致动器68的气腔50内；第一进气管5与后锚定器25的后端面74之间、第二进气管6与后锚定器25的后端面74与前端面73及主体致动器68的后端面70之间、第三进气管7与后锚定器25的后端面74与前端面73、主体致动器68的后端面70与前端面69及前锚定器54的后端面57之间均使用胶水进行粘接使后锚定器25的气腔、主体致动器68的气腔50和前锚定器54的气腔51密封。第二进气管6位于后锚定器25的后端面74与前端面73之间的部分的长度为40mm，第三进气管7位于后锚定器25的后端面74与前端面73之间的部分的长度为40mm，第三进气管7位于主体致动器68的后端面70与前端面69之间的部分的长度为120mm。
图13示出了本实施例的仿蠕虫气动式管道软体机器人24的气动管路系统48。气动管路系统48包括空压机39、真空泵66、气压调节阀、电磁阀、四通管接头和气管，空压机39、真空泵66、气压调节阀和电磁阀经四通管接头和气管相连通。电磁阀设有第一通口8、第二通口9和第三通口10，电磁阀设有得电和失电两个状态。图14示出了电磁阀的通口位置。气压调节阀包括第一气压调节阀52和第二气压调节阀53，电磁阀包括第一电磁阀11、第二电磁阀12、第三电磁阀13、第四电磁阀14、第五电磁阀15、第六电磁阀16、第七电磁阀17和第八电磁阀18，四通管接头包括第一四通管接头19和第二四通管接头20，空压机39与第一气压调节阀52通过气管49相连通，第一气压调节阀52通过气管49与第一电磁阀11的第二通口相连通，真空泵66与第二气压调节阀53通过气管49相连通，第二气压调节阀53通过气管49与第二电磁阀12的第二通口相连通；第一电磁阀11的第一通口与大气相连通，第二电磁阀12的第一通口与大气相连通；第一电磁阀11的第三通口通过气管49和第一四通管接头19与第三电磁阀13的第三通口、第四电磁阀14的第三通口和第五电磁阀15的第三通口相连通，第二电磁阀12的第三通口通过气管49和第二四通管接头20与第三电磁阀13的第一通口、第四电磁阀14的第一通口和第五电磁阀15的第一通口相连通；第三电磁阀13的第二通口通过气管49与第六电磁阀16的第一通口相连通，第四电磁阀14的第二通口通过气管49与第七电磁阀17的第一通口相连通，第五电磁阀15的第二通口通过气管49与第八电磁阀18的第一通口相连通；第六电磁阀16的第三通口密封，第七电磁阀17的第三通口密封，第八电磁阀18的第三通口密封；第六电磁阀16的第二通口与第一进气管5相连通，第七电磁阀17的第二通口与第二进气管6相连通，第八电磁阀18的第二通口与第三进气管7相连通。
图15示出了本实施例的仿蠕虫气动式管道软体机器人24的控制系统75的电路示意图。控制系统75包括计算机34、直流电源67、微控制器61和继电器。在本实施例中，微控制器61为Arduino UNO r3开发板，直流电源67为12V直流电源，直流电源67通过面包板76与继电器和电磁阀相连接，在计算机34上的Arduino IDE软件按照仿蠕虫气动式管道软体机器人24的控制规律编写控制程序，随后利用串口通讯向微控制器61上传控制程序并下达运行指令，微控制器61运行控制程序向各继电器输出控制信号，以控制各继电器的通断；继电器包括第一继电器26、第二继电器27、第三继电器28、第四继电器29、第五继电器30、第六继电器31、第七继电器32和第八继电器33，各继电器的常开式触点串联进电磁阀的通路电路中。控制信号为高电平时，继电器的常开式触点闭合，直流电源67与电磁阀形成通路，电磁阀得电，第二通口与第三通口相通；当控制信号为低电平时，继电器的常开式触点保持断开，直流电源67与电磁阀无法形成通路，电磁阀失电，第一通口与第二通口相通。图16示出了本实施例的仿蠕虫气动式管道软体机器人24控制信号的变换规律图，图17a至g示出了本实施例的仿蠕虫气动式管道软体机器人24在一个运动周期中的形态。在本实施例中，管道21的内径为49mm。
控制信号在管道软体机器人运动初始状态下的规律为：第二继电器27的控制信号为高电平，第二继电器27的开关闭合，第二电磁阀12得电，同时，其余继电器的控制信号为低电平，后锚定器25的气腔、主体致动器68的的气腔50和前锚定器54的气腔51内部的气体被吸入气动管路系统48而排出，后锚定器25、主体致动器68和前锚定器54折叠收缩，如图17a所示。
控制信号在管道软体机器人24的一个运动周期中的变换规律如下：
步骤1：第一继电器26的控制信号为高电平，第一继电器26的开关闭合，第一电磁阀11得电，同时，第三继电器28的控制信号为高电平，第三继电器28的开关闭合，第三电磁阀13得电，气体经空压机39、第一气压调节阀52、第一电磁阀11、第三电磁阀13和第六电磁阀16进入后锚定器25的气腔，使后锚定器25沿轴向伸展并沿径向膨胀，后锚定器25上的硅胶层22与管道21的内壁紧密接触并保持稳定；同时，第七继电器32的控制信号为高电平，第七继电器32的开关闭合，第七电磁阀17得电，同时，第八继电器33的控制信号为高电平，第八继电器33的开关闭合，第八电磁阀33得电，主体致动器68的气腔50和前锚定器54的气腔51被封闭，主体致动器68和前锚定器54保持折叠收缩的状态，如图17b所示；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤2：第一继电器26的控制信号为高电平，第一继电器26的开关闭合，第一电磁阀11得电，同时，第四继电器29的控制信号为高电平，第四继电器29的开关闭合，第四电磁阀14得电，气体经空压机39、第一气压调节阀52、第四电磁阀14和第七电磁阀17进入主体致动器68的气腔50，使主体致动器68沿轴向伸展；同时，第六继电器31的控制信号为高电平，第六继电器31的开关闭合，第六电磁阀16得电，后锚定器25的气腔被封闭，后锚定器25保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道21内壁紧密接触并保持稳定；同时，第八继电器33的控制信号为高电平，第八继电器33的开关闭合，第八电磁阀18得电，前锚定器54的气腔51被封闭，前锚定器54保持折叠收缩的状态，如图17c所示；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤3：第一继电器26的控制信号为高电平，第一继电器26的开关闭合，第一电磁阀11得电，同时，第五继电器30的控制信号为高电平，第五继电器30的开关闭合，第五电磁阀15得电，气体经空压机39、第一气压调节阀52、第五电磁阀15和第八电磁阀18进入前锚定器54的气腔51，使前锚定器54沿轴向伸展并沿径向膨胀，前锚定器54上的硅胶层22与管道21的内壁紧密接触并保持稳定；同时，第六继电器31的控制信号为高电平，第六继电器31的开关闭合，第六电磁阀16得电，后锚定器25的气腔被封闭，后锚定器25保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道21的内壁紧密接触并保持稳定；同时，第七继电器32的控制信号为高电平，第七继电器32的开关闭合，第七电磁阀17得电，主体致动器68的气腔50被封闭，主体致动器68保持沿轴向伸展的状态，如图17d所示；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤4：第二继电器27的控制信号为高电平，第二继电器27的开关闭合，第二电磁阀12得电，同时，第三继电器28的控制信号为低电平，第三继电器28的开关断开，第三电磁阀13失电，同时，第六继电器31的控制信号为低电平，第六继电器31的开关断开，第六电磁阀16失电，所述后锚定器25的气腔内部的气体被吸入气动管路系统48而排出，后锚定器25折叠收缩；同时，第四继电器29的控制信号为高电平，第四继电器29的开关闭合，第四电磁阀14得电，第七继电器32的控制信号为高电平，第七继电器32的开关闭合，第七电磁阀17得电，主体致动器68的气腔50被封闭，主体致动器68保持沿轴向伸展的状态；同时，第五继电器30的控制信号为高电平，第五继电器30的开关闭合，第五电磁阀15得电，同时，第八继电器33的控制信号为高电平，第八继电器33的开关闭合，第八电磁阀18得电，前锚定器54的气腔51被封闭，前锚定器54保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道21的内壁紧密接触并保持稳定，如图17e所示；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤5：第二继电器27的控制信号为高电平，第二继电器27的开关闭合，第二电磁阀12得电，同时，第四继电器29的控制信号为低电平，第四继电器29的开关断开，第四电磁阀14失电，同时，第七继电器32的控制信号为低电平，第七继电器32的开关断开，第七电磁阀17失电，所述主体致动器68的气腔50内部的气体被吸入气动管路系统48而排出，主体致动器68折叠收缩；同时，第三继电器28的控制信号为高电平，第三继电器28的开关闭合，第三电磁阀13得电，同时，第六继电器31的控制信号为高电平，第六继电器31的开关闭合，第六电磁阀16得电，后锚定器25的气腔被封闭，后锚定器25保持折叠收缩状态；同时，第五继电器30的控制信号为高电平，第五继电器30的开关闭合，第五电磁阀15得电，同时，第八继电器33的控制信号为高电平，第八继电器33的开关闭合，第八电磁阀18得电，前锚定器54的气腔51被封闭，前锚定器54保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道21的内壁紧密接触并保持稳定，如图17f所示；同时，其余继电器的控制信号为低电平。
步骤6：第二继电器27的控制信号为高电平，第二继电器27的开关闭合，第二电磁阀12得电，同时，第五继电器30的控制信号为低电平，第五继电器30的开关断开，第五电磁阀15失电，同时，第八继电器33的控制信号为低电平，第八继电器33的开关断开，第八电磁阀18失电，前锚定器54的气腔51内部的气体被吸入气动管路系统48而排出，前锚定器54折叠收缩；同时，第三继电器28的控制信号为高电平，第三继电器28的开关闭合，第三电磁阀13得电，同时，第六继电器31的控制信号为高电平，第六继电器31的开关闭合，第六电磁阀16得电，后锚定器25的气腔被封闭，后锚定器25保持折叠收缩状态；同时，第四继电器29的控制信号为高电平，第四继电器29的开关闭合，第四电磁阀14得电，第七继电器32的控制信号为高电平，第七继电器32的开关闭合，第七电磁阀17得电，主体致动器68的气腔50被封闭，主体致动器68保持折叠收缩状态，如图17f所示；同时，其余继电器的控制信号为低电平；准备进入下一个周期的运动，即回到步骤1。
对仿蠕虫管道软体机器人24连续施加上述步骤1至步骤6之间的控制信号，可使仿蠕虫管道软体机器人24的主体部分35连续向前移动。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，用于管道系统，其特征在于，包括主体部分、进气管、气动管路系统和控制系统，所述主体部分包括主体致动器、前锚定器和后锚定器，所述主体致动器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后利用折纸工艺折叠并粘结固定成手风琴风箱状的三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述主体致动器内部形成气腔；所述主体致动器沿轴线方向的相邻两顶点间设有条状机织物制成的限制条带；所述主体致动器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径小于所述管道的内径；锚定器包括前锚定器和后锚定器，所述前锚定器和后锚定器的结构相同；所述锚定器为不透气的机织物与硬质纸经层叠与粘结后按照克雷斯林图案折叠成三维结构并用不透气的机织物将其两端开口完全覆盖并粘结密封；所述锚定器内部形成气腔；所述锚定器的各个侧面均粘贴有与所述侧面形状相似的硅胶层，所述硅胶层的外表面设有若干圆柱状凸块；所述锚定器在与其轴线相垂直的平面内的投影面的外接圆的半径与所述管道的内径相适应；所述前锚定器设于主体致动器前方，所述后锚定器设于主体致动器后方，所述主体致动器的轴线与所述锚定器的轴线共线；所述主体致动器前端面上设有第一磁铁组，所述第一磁铁组由若干磁铁组成，所述第一磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述主体致动器后端面上设有第二磁铁组，所述第二磁铁组由若干磁铁组成，所述第二磁铁组的磁铁均匀分布在远离所述主体致动器轴线的位置；所述前锚定器的后端面上设有第三磁铁组，所述第三磁铁组由若干磁铁组成，所述第三磁铁组的磁铁数量与所述第一磁铁组的磁铁数量相等，所述第三磁铁组的磁铁与所述第一磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述后锚定器的前端面上设有第四磁铁组，所述第四磁铁组由若干磁铁组成，所述第四磁铁组的磁铁数量与所述第二磁铁组的磁铁数量相等，所述第四磁铁组的磁铁与所述第二磁铁组的磁铁的位置一一对应并相互吸合连接；所述进气管包括第一进气管、第二进气管和第三进气管，所述第一进气管穿过所述后锚定器的后端面，所述第一进气管的前端位于所述后锚定器的气腔内，所述第一进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接；所述第二进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面，所述第二进气管的前端位于所述主体致动器的气腔内，所述第二进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第二进气管的处于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分设于所述后锚定器的气腔内；所述第三进气管依次穿过所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面，所述第三进气管的前端位于所述前锚定器的气腔内，所述第三进气管的后端位于所述后锚定器的气腔之外并与所述气动管路系统相连接，所述第三进气管的处于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分设于所述后锚定器的气腔内，所述第三进气管的处于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分设于所述主体致动器的气腔内；所述第一进气管与所述后锚定器的后端面之间、所述第二进气管与所述后锚定器的后端面与前端面及所述主体致动器的后端面之间、所述第三进气管与所述后锚定器的后端面与前端面、所述主体致动器的后端面与前端面及所述前锚定器的后端面之间均进行粘接使所述后锚定器、主体致动器和前锚定器的气腔密封；所述第二进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述后锚定器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述后锚定器的最大长度，所述第三进气管位于所述主体致动器的后端面与前端面之间的部分的长度不小于所述主体致动器的最大长度。
2.如权利要求1所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述机织物为PVC涂塑尼龙机织物。
3.如权利要求1所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述圆柱状凸块在所述硅胶层外表面上的分布形式为，靠近硅胶层外边缘的凸块高度较小，靠近硅胶层中心的凸块高度较大；所述硅胶层为利用模具浇筑而成。
4.如权利要求1至3任一项所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述气动管路系统包括空压机、真空泵、若干气压调节阀、若干电磁阀、若干四通管接头和若干气管，所述空压机、真空泵、气压调节阀和电磁阀经四通管接头和气管相连通。
5.如权利要求4所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述电磁阀设有第一通口、第二通口和第三通口，所述电磁阀设有得电和失电两个状态。
6.如权利要求5所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述控制系统包括计算机、直流电源、微控制器、若干继电器，所述直流电源与所述继电器和所述电磁阀相连接，所述计算机利用串口通讯向所述微控制器上传控制程序并下达运行指令，所述微控制器运行控制程序向所述继电器输出控制信号，以控制所述继电器的通断；所述继电器与所述电磁阀的数量相等并一一对应，所述继电器的常开式触点串联进所述电磁阀的通路电路中。
7.如权利要求6所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述控制信号为高电平时，所述继电器的常开式触点闭合，所述直流电源与所述电磁阀形成通路，电磁阀得电，所述第二通口与第三通口相通；当所述控制信号为低电平时，所述继电器的常开式触点保持断开，所述直流电源与所述电磁阀无法形成通路，电磁阀失电，所述第一通口与第二通口相通。
8.如权利要求7所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述气压调节阀包括第一气压调节阀和第二气压调节阀，所述电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀和第八电磁阀，所述四通管接头包括第一四通管接头和第二四通管接头，所述空压机与所述第一调压阀通过气管相连通，所述第一调压阀通过气管与所述第一电磁阀的第二通口相连通，所述真空泵与所述第二调压阀通过气管相连通，所述第二调压阀通过气管与所述第二电磁阀的第二通口相连通；所述第一电磁阀的第一通口与大气相连通，所述第二电磁阀的第一通口与大气相连通；所述第一电磁阀的第三通口通过气管和第一四通管接头与第三电磁阀的第三通口、第四电磁阀的第三通口和第五电磁阀的第三通口相连通，所述第二电磁阀的第三通口通过气管和第二四通管接头与第三电磁阀的第一通口、第四电磁阀的第一通口和第五电磁阀的第一通口相连通；所述第三电磁阀的第二通口通过气管与所述第六电磁阀的第一通口相连通，所述第四电磁阀的第二通口通过气管与所述第七电磁阀的第一通口相连通，所述第五电磁阀的第二通口通过气管与所述第八电磁阀的第一通口相连通；所述第六电磁阀的第三通口密封，所述第七电磁阀的第三通口密封，所述第八电磁阀的第三通口密封；所述第六电磁阀的第二通口与所述第一进气管相连通，所述第七电磁阀的第二通口与所述第二进气管相连通，所述第八电磁阀的第二通口与所述第三进气管相连通。
9.如权利要求8所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述控制信号在所述管道软体机器人运动初始状态下的规律为：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，第二电磁阀得电，同时，其余继电器的控制信号为低电平，所述后锚定器、主体致动器和前锚定器的气腔内部的气体被吸入气动管路系统而排出，后锚定器、主体致动器和前锚定器折叠收缩。
10.如权利要求9所述的具有织物皮肤与折纸骨骼的仿蠕虫气动式管道软体机器人，其特征在于，所述控制信号在所述管道软体机器人的一个运动周期中的变换过程如下：
步骤1：第一继电器的控制信号为高电平，第一继电器的开关闭合，第一电磁阀得电，同时，第三继电器的控制信号为高电平，第三继电器的开关闭合，第三电磁阀得电，气体经空压机、第一气压调节阀、第一电磁阀、第三电磁阀和第六电磁阀进入后锚定器的气腔，使后锚定器沿轴向伸展并沿径向膨胀，后锚定器上的硅胶层与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，第七继电器的控制信号为高电平，第七继电器的开关闭合，第七电磁阀得电，同时，第八继电器的控制信号为高电平，第八继电器的开关闭合，第八电磁阀得电，主体致动器和前锚定器的气腔被封闭，主体致动器和前锚定器保持折叠收缩的状态；同时，其余继电器的控制信号为低电平；
步骤2：第一继电器的控制信号为高电平，第一继电器的开关闭合，第一电磁阀得电，同时，第四继电器的控制信号为高电平，第四继电器的开关闭合，第四电磁阀得电，气体经空压机、第一气压调节阀、第四电磁阀和第七电磁阀进入主体致动器的气腔，使主体致动器沿轴向伸展；同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，第六电磁阀得电，后锚定器的气腔被封闭，后锚定器保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，第八继电器的控制信号为高电平，第八继电器的开关闭合，第八电磁阀得电，前锚定器的气腔被封闭，前锚定器保持折叠收缩的状态；同时，其余继电器的控制信号为低电平；
步骤3：第一继电器的控制信号为高电平，第一继电器的开关闭合，第一电磁阀得电，同时，第五继电器的控制信号为高电平，第五继电器的开关闭合，第五电磁阀得电，气体经空压机、第一气压调节阀、第五电磁阀和第八电磁阀进入前锚定器的气腔，使前锚定器沿轴向伸展并沿径向膨胀，前锚定器上的硅胶层与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，第六电磁阀得电，后锚定器的气腔被封闭，后锚定器保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，第七继电器的控制信号为高电平，第七继电器的开关闭合，第七电磁阀得电，主体致动器的气腔被封闭，主体致动器保持沿轴向伸展的状态；同时，其余继电器的控制信号为低电平；
步骤4：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，第二电磁阀得电，同时，第三继电器的控制信号为低电平，第三继电器的开关断开，第三电磁阀失电，同时，第六继电器的控制信号为低电平，第六继电器的开关断开，第六电磁阀失电，所述后锚定器的气腔内部的气体被吸入气动管路系统而排出，后锚定器折叠收缩；同时，第四继电器的控制信号为高电平，第四继电器的开关闭合，第四电磁阀得电，第七继电器的控制信号为高电平，第七继电器的开关闭合，第七电磁阀得电，主体致动器的气腔被封闭，主体致动器保持沿轴向伸展的状态；同时，第五继电器的控制信号为高电平，第五继电器的开关闭合，第五电磁阀得电，同时，第八继电器的控制信号为高电平，第八继电器的开关闭合，第八电磁阀得电，前锚定器的气腔被封闭，前锚定器保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平；
步骤5：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，第二电磁阀得电，同时，第四继电器的控制信号为低电平，第四继电器的开关断开，第四电磁阀失电，同时，第七继电器的控制信号为低电平，第七继电器的开关断开，第七电磁阀失电，所述主体致动器的气腔内部的气体被吸入气动管路系统而排出，主体致动器折叠收缩；同时，第三继电器的控制信号为高电平，第三继电器的开关闭合，第三电磁阀得电，同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，第六电磁阀得电，后锚定器的气腔被封闭，后锚定器保持折叠收缩状态；同时，第五继电器的控制信号为高电平，第五继电器的开关闭合，第五电磁阀得电，同时，第八继电器的控制信号为高电平，第八继电器的开关闭合，第八电磁阀得电，前锚定器的气腔被封闭，前锚定器保持沿轴向伸展并沿径向膨胀的状态，与管道内壁紧密接触并保持稳定；同时，其余继电器的控制信号为低电平；
步骤6：第二继电器的控制信号为高电平，第二继电器的开关闭合，第二电磁阀得电，同时，第五继电器的控制信号为低电平，第五继电器的开关断开，第五电磁阀失电，同时，第八继电器的控制信号为低电平，第八继电器的开关断开，第八电磁阀失电，所述前锚定器的气腔内部的气体被吸入气动管路系统而排出，前锚定器折叠收缩；同时，第三继电器的控制信号为高电平，第三继电器的开关闭合，第三电磁阀得电，同时，第六继电器的控制信号为高电平，第六继电器的开关闭合，第六电磁阀得电，后锚定器的气腔被封闭，后锚定器保持折叠收缩状态；同时，第四继电器的控制信号为高电平，第四继电器的开关闭合，第四电磁阀得电，第七继电器的控制信号为高电平，第七继电器的开关闭合，第七电磁阀得电，主体致动器的气腔被封闭，主体致动器保持折叠收缩状态；同时，其余继电器的控制信号为低电平；准备进入下一个周期的运动，即回到步骤1。
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