管道机器人的国内发展
对于轮式管道机器人，精确的运动学模型是实现精确运动控制的基础。目前对单轮和轮式管道移动机器人的运动学特性和控制理论分析较少，因此有必要建立一套轮式管道机器人的运动学理论。
Campion等人分析了轮式移动机器人在水平和平坦路面上的运动学和动力学模型，总结出四种状态空间模型:双位置运动学模型、姿态运动学模型、姿态动力学模型和姿态动力学模型。Karl Iagnemma等人在车轮与地面非刚性、地面不规则的条件下，分析了车轮与地面的各种接触情况，建立了基于车轮与地面接触特性的模型理论。但上述模型的前提是车轮和地面不可变形，地面是规则的水平路面。当轮式移动机器人在圆管中运行时，由于圆管中的环境是三维曲面环境，轮式移动机器人实际上是在空间曲面上运行，因此上述模型不能适用于圆管中的轮式移动机器人。
由于轮式清洁机器人在圆管内工作时是在三维空间内运行，其运动学模型与平面上的轮式移动机器人完全不同。需要在考虑几何约束和速度约束的前提下，分析轮式移动机器人的控制输入与机器人位置和姿态坐标变化的关系，建立其运动学模型。近年来，国内外轮式管道机器人的研究重点主要是提高轮式管道机器人的可控性和通过性，机器人正在向自主驾驶方向发展。尽管许多学者从结构方面改进了机器人的性能，但对圆管内轮式移动机器人的运动控制论仍缺乏深入系统的分析。因此，有必要根据运动学模型设计相应的算法，使机器人在圆内实现稳定控制，以满足工程应用的需要。
对于轮式排水管道机器人来说，除了结构设计和材料选择，主要的科学问题是建立轮式排水管道机器人的运动学模型，设计相应的控制算法，使机器人能够自主行驶，也可以根据姿态信息手动控制保持水平行驶运行，不翻车、不卡死、驱动力不足，可控性好。
为了建立圆管内轮式机器人的运动学模型，需要解决以下四个问题，并从理论上设计相应的运动控制算法:
(1)单轮在管道曲面上任意位置和姿态时轮心的瞬时速度和轨迹。管道中单个车轮的运动学特征的科学问题，在于描述其在纯滚动、无侧滑条件下的位置和姿态以及车轮中心的速度。
(2)分析了轮式移动机器人在管道表面的几何约束，推导了六个位姿坐标之间的关系。
轮式机器人在管道内的三维圆柱环境中运行，其位置和姿态坐标从平面上的三维变成了空间上的六维。但是机器人在管道中运行时，具有特定几何约束的六个位姿坐标tY并不是相互独立的，因此需要推导出这六个位姿坐标之间的关系。
(3)建立了轮式移动机器人在圆管曲面上的运动学模型，推导运动学模型的难点在于如何建立控制天空的透射与位置和方位坐标变化率之间的关系。机器人的控制输入直接影响轮心的速度，轮心决定机器人刚体的速度，因此有必要分析机器人刚体与轮心速度的关系。这个问题的实质在于推导机器人瞬时螺旋运动参数与控制输入的关系，以及机器人位置和姿态变化率与控制输入的关系。
(4)根据运动学模型和作业要求，设计相应的控制率，使机器人在管道内保持水平运行。根据建立的运动学模型，以姿态角为状态变量，通过姿态传感器的反馈设计相应的控制率，控制机器人按照要求的姿态在管道内运行。运动学模型主要用于设计操纵率，并通过李亚普诺夫函数分析其稳定性。
主要研究内容:
(1)管道表面几何建模，研究单个车轮在管道表面任意姿态下的运动学特性，分析纯滚动无侧滑条件下车轮中心速度与驱动控制输入的关系，以及车轮中心轨迹与车轮姿态的关系。
(2)轮式移动机器人在圆管曲面上的几何约束分析。根据轮式移动机器人的每个车轮都与圆管内的壁面相切的条件，分析了轮式移动机器人在圆管内的几何约束，特别是姿态坐标和空间位置坐标这六个坐标之间的关系。
(3)圆柱上轮式移动机器人的运动学分析。
本项目将分析机器人控制输入与机器人螺旋运动参数之间的关系，进而推导出轮式移动机器人在圆管中的运动学模型，并通过仿真实验对运动学模型进行验证。
(4)设计一套轮式移动机器人系统和相应的控制算法，设计一套可以展开的轮子，设计相应的运动控制算法，使机器人在管道中保持水平运行。
施罗德工业测控设备有限公司爬行机器人平台总体研究方案
(1)单轮在圆管表面的运动学分析
圆管表面单轮的位姿和运动的描述借鉴了平面上单轮的位姿和运动的描述，并通过接触点的切平面推广到圆管表面。以水平管道中单个车轮的分析为例。车轮与圆管内壁的接触点Q，圆管的圆柱体是空间曲面，车轮的外圆是空间曲线，所以Q既在空间曲线上，也在空间曲面上。如果q作为空间曲线的切线m和空间曲面的切面，同时作为圆柱母线I，那么m和I在切面上。切面的法向量，即圆柱体通过接触点的半径向量与切线m的法线所成的角度为Dan，切线m与圆柱母线！它们之间的夹角为a，在确定了单个车轮在管道表面的位姿描述后，推导出车轮中心在管道表面纯滚动时的轨迹方程。当车轮处于角速度时。纯在圆柱体上滚动时，与圆柱体上车轮接触点的轨迹为圆柱螺旋线，可导出其轨迹参数方程。为了推导出轮心的轨迹，以接触点Q处的切线、主法线和辅助法线为坐标轴，建立一个活动坐标系，即Frenet活动标架，求解出轮心C点的坐标，然后求导，就可以计算出圆柱上单个车轮满足纯滚动、无侧滑条件时的轮心瞬时速度和轨迹。用同样的方法分析了16T”型圆管弯头的曲面。根据推导的理论，设计了一种新型轮式管道机器人车轮。
(2)轮式移动机器人在圆管曲面上的几何约束分析。轮式移动机器人在圆管曲面上的位姿由机器人上一点的空间坐标和机器人的欧拉角表示。将轮子简化成圆盘后，每个轮子的外圆可以用空间圆的平方F来表示。在具有四个或更多轮子的多轮机器人中，当机器人在管道的圆柱体上运行时，它可以找到同时与壁接触的三个轮子。当机器人在圆管的圆柱体上行进时，与墙壁接触的三个轮子始终与圆管的圆柱体相切。然后对于每个轮子，轮子与壁面接触点的切向量垂直于圆管的半径向量，垂直于轮子的半径向量。根据这个相切条件，可以推导出三个约束方程，并推导出机器人的空间坐标与欧拉角的关系。
(3)轮式移动机器人在圆管曲面上的运动学建模:轮式移动机器人在圆管中运行时，轮心与机器人本体上所有质点的相对距离保持不变，因此包括轮心在内的轮式机器人本体可视为没有轮子的刚体。轮式机器人在圆管中的运动是刚性螺旋运动。轮心既是刚体上的一个点，也是车轮上的一个点，所以机器人各车轮的运动特性与机器人本体的运动特性之间的关系是由轮心的速度建立的。
轮式移动机器人的控制输入通常是驱动轮的速度和方向盘的方向角。在某一时刻，机器人的位置和姿态坐标称为状态变量。对于驱动轮，根据前单轮在圆管中的运动学特性分析结果，可以求解出轮心的瞬时速度差和方向。对于与墙壁接触的被动车轮，可以求解车轮中心瞬时速度的方向。
根据两个轮心的速度，可以求解出瞬时螺旋的轮式移动机器人的螺旋运动参数。根据螺旋运动的角速度矢量，可以推导出机器人坐标系原点的欧拉角变化率和速度矢量，进而可以推导出机器人的控制输入与位置和姿态坐标变化的关系，即轮式移动机器人在管道中的运动学模型。
(4)开发了两套圆管内轮式移动机器人实验系统，并进行了相关的验证实验。设计了一种新型轮式移动机器人系统，其中车轮可以展开，即左右两排车轮可以从原来的平行展开成8字形，并配置相应的透明管道。样机的实际实验验证了所建立的理论。
爬行机器人运载平台又称“运动运载平台”，是以移动机构为载体，可以根据生产任务选择性运载相关检测仪器的平台。已应用于军事、电力、石油石化、无损检测、市政、考古等行业。施罗德工业公司在这个项目的研发上投入了一定的精力，在一批优秀人才的攻坚下，产品远销国内外。《深圳质量报告(三)》详细解释了这家公司为城市跳动的脉搏打造了精良的管道检测设备。宋·荣庆