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-NO.2026015-
一种用于自适应运动和探索微小刚性/柔性管道 的尺蠖式微型机器人
A Caterpillar-Type Miniature Robot for Adaptive Locomotion and Exploration of Tiny Rigid/Soft Pipes
期刊：IEEE Transactions on Robotics（Q1/一区）
发布日期：2026年05月26日
DOI: 10.1109/TRO.2026.3697140（论文数据图表详见）
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[6-7月 EI会议分享：IC-IPPR 2026](#[6-7月] EI会议分享：IC-IPPR 2026)
直径80mm以下的管道探测需求广泛存在于航空发动机引气管（典型50mm）、核电站支线管（38-68mm）以及人体结肠（最小22mm）等场景。
然而，现有尺蠖式管道机器人的最小尺寸普遍在80mm以上，结肠用履带机器人等更小尺寸的样机，则缺乏主动变径能力与接触力感知功能------这两项恰好是安全、自主通过未知刚/软管道的核心前提。
2026年《IEEE Transactions on Robotics》刊发的一项研究提出了VCMR（变径尺蠖微型机器人），其整机尺寸Φ34.6mm×41mm，变径范围34.6-89.6mm（变径比2.59），并集成了三组独立履带与薄膜压力传感器。
本文聚焦其机构创新与实验验证结果，探讨该方案的实际效能与剩余挑战。
（一）3项关键设计折中
**变径机构：单组四杆+折叠弹簧片。**传统方案需两组并联连杆保证稳定性，但微型化下空间不允许。本研究采用一组四杆机构，并在两侧安装折叠弹簧片（FSL），在变径过程中分别受压或受拉。弹簧片的调制作用使扩张力在直径小于76.77mm时增强（助扩），大于该值时减弱（限力），实现了更平缓的力-位移特性，同时省去了一组连杆，为内部驱动腾出空间。
（DOI: 10.1109/TRO.2026.3697140）
**履带模块：自研微型驱动链。**CTM高度仅9.5mm，关键在于摒弃了直径不小于20mm的商用带轮，改用直径5.7mm的自制齿轮直接驱动硅胶履带内齿，配合6mm行星电机，使得履带总成厚度远低于现有18mm的最低水平。
**力传感器：卡扣式无额外空间集成。**三枚厚度0.2mm的薄膜压力传感器（TFPS）通过卡扣结构嵌于CTM与VDM之间，感压面紧贴CTM底部凸台。但装后标定显示三传感器阈值（0.175-0.566N）和灵敏度差异明显，必须逐个校准，反映出微型集成下的一致性难题。
（二）自适应策略与表现
VCMR的控制逻辑为"状态调节-主动运动"两阶段循环：以接触力N（三传感器之和）为反馈控制VDM扩/缩，以CTM驱动电流（空载160mA，堵转350mA）判定运动失效。刚性管道中N目标区间设为峰值N_peak的75%-95%；软性管道则依据所需牵引力与摩擦系数预设区间，无法通过扩张获取N_peak。
（DOI: 10.1109/TRO.2026.3697140）
关键实验数据：
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牵引力：等径管中实测牵引力与正压力线性吻合；变径倾角15°时牵引力降至等径管的约40%，倾角25°时理论趋零，实际验证未在更大倾角下进行。
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负载能力：垂直60mm刚性管中可承载100g（2.68倍自重）上行，速度3.54cm/s；同直径软管中仅50g，速度1.45cm/s。水平刚性弯管（R=7.5cm）中可承载200g，弯段速度（4.18cm/s）较直段（4.51cm/s）下降甚微，得益于紧凑长度（41mm）与被动差速效应。
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结肠体模（150cm，内径45±5mm，4处弯曲） ：悬吊支撑时平均速度2.33±0.17cm/s；浸水模拟腹部压迫时3.07±0.48cm/s，但"软管被卷入"失效显著增加（每次处理5-13s）。该速度优于文献报道的多种无线结肠机器人。
（三）局限性讨论
VCMR的价值在于展示了如何在80mm以下尺度中，通过机构简化（四杆+弹簧片）、驱动链自研（微型齿轮传动）和传感器无空间集成（卡扣式）这三项折中，实现了主动变径、独立履带驱动与接触力感知的共存。
**但作者也坦承了三个方面的短板：**①单组四杆机构在直径大于60mm时刚度下降，软管中易侧翻；②传感器一致性差，标定工序不可避免；③5mm商用步进电机的扭矩有限，变径调节耗时较长。向上扩展可行，但进一步微型化已接近现售微电机的物理极限。
CVMR在结肠体模中的速度（约3cm/s）和刚性管中2.68倍自重的负载能力验证了基本可行性，但一致性问题、大直径软管稳定性及变径速度仍是后续改进重点。
6-7月 EI会议分享：IC-IPPR 2026
我们诚挚发起本次"2026年图像处理与模式识别国际会议 (IC-IPPR 2026)"的征稿，旨在汇聚全球顶尖学者、研发工程师与青年学子，共同搭建一个深度交流、碰撞思想、孕育合作的高端平台。
**【组织单位】**喀什大学、管理与技术大学（UMT）、新加坡机器人学会（RSS）
**【会议官网】**www.ic-ippr.org
**【会议出版】**所有论文将由会议委员会的2-3名专家评审员进行评审。经过仔细的审查过程，所有被接受的论文都将发表在SPIE-The International Society for Optical Engineering《会议论文集》上，并提交给EI Compendex和Scopus进行索引。
**【审稿流程】**投稿 (全英WORD+PDF) - 稿件收到确认 (1个工作日) - 初审 (3-5个工作日) - 告知结果 (接受/拒稿) - 终审（1-2个工作日）
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