In industrial production, current pipe-climbing robots can replace humans in real-time monitoring, leak inspection, and other tasks. However, most pipe-climbing robots are designed for specific applications with complex structures; this limits the adaptability to various conditions. To solve this issue, this letter presents a one-piece 3D-printed pipe-climbing robot composed of sequenced novel soft bending mechanisms. The mechanisms use the small strains of soft materials to achieve large bending deformation. The proposed robot is highly adaptable to pipes with various diameters, radii of curvature, inclinations, and even outer/inner walls because of modular grippers and an inchworm inspired middle section. The good strength and flexibility of the robot are simultaneously achieved by reasonable structural design using one material. In this letter, the design concept and processing methods are introduced. The finite element method is adopted to predict the maximum bending angle of modules to aid design, and a torque test bench is built to acquire output torque and restoring torque. Then, the model of the entire robot is built to facilitate specialized design. Finally, several experiments are conducted to verify the good adaptability of the robot to pipes of various diameters (18–36 mm), inclinations (0–90°, even horizontal pipes), and radii of curvature (minimum to 19 mm). The static bearing ability of the robot reaches 1000g (without climbing at 7 bar, 22 mm diameter vertical pipes), which is almost 80 times its weight. In addition, the load-bearing ability of the robot while climbing on pipes in various states is obtained.

中文翻译：

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全3D打印模块化爬管机器人

在工业生产中，目前的爬管机器人可以代替人类进行实时监控、检漏等任务。然而，大多数爬管机器人都是针对结构复杂的特定应用而设计的；这限制了对各种条件的适应性。为了解决这个问题，这封信提出了一种由有序的新型软弯曲机构组成的一体式 3D 打印爬管机器人。该机构利用软材料的小应变来实现大的弯曲变形。由于模块化夹持器和受英寸蠕虫启发的中间部分，所提出的机器人非常适用于具有各种直径、曲率半径、倾角甚至外/内壁的管道。通过使用一种材料进行合理的结构设计，同时实现了机器人良好的强度和灵活性。在这封信中，介绍了设计理念和加工方法。采用有限元方法预测模块最大弯曲角度辅助设计，搭建扭矩试验台获取输出扭矩和恢复扭矩。然后，建立整个机器人的模型，以方便专业化设计。最后，进行了多次实验以验证机器人对各种直径（18-36 mm）、倾斜度（0-90°，甚至水平管）和曲率半径（最小到 19 mm）的管道的良好适应性。机器人的静态承载能力达到 1000g（在 7 bar、直径 22 mm 的垂直管道下不攀爬），几乎是其重量的 80 倍。此外，还获得了机器人在各种状态下爬上管道时的承载能力。采用有限元方法预测模块最大弯曲角度辅助设计，搭建扭矩试验台获取输出扭矩和恢复扭矩。然后，建立整个机器人的模型，以方便专业化设计。最后，进行了多次实验以验证机器人对各种直径（18-36 mm）、倾斜度（0-90°，甚至水平管）和曲率半径（最小到 19 mm）的管道的良好适应性。机器人的静态承载能力达到 1000g（在 7 bar、22 毫米直径垂直管道下不爬升），几乎是其重量的 80 倍。此外，还获得了机器人在各种状态下爬上管道时的承载能力。采用有限元方法预测模块最大弯曲角度辅助设计，搭建扭矩试验台获取输出扭矩和恢复扭矩。然后，建立整个机器人的模型，以方便专业化设计。最后，进行了多次实验以验证机器人对各种直径（18-36 mm）、倾斜度（0-90°，甚至水平管）和曲率半径（最小到 19 mm）的管道的良好适应性。机器人的静态承载能力达到 1000g（在 7 bar、22 毫米直径垂直管道下不爬升），几乎是其重量的 80 倍。此外，还获得了机器人在各种状态下爬上管道时的承载能力。并搭建扭矩试验台，获取输出扭矩和恢复扭矩。然后，建立整个机器人的模型，以方便专业化设计。最后，进行了多次实验以验证机器人对各种直径（18-36 mm）、倾斜度（0-90°，甚至水平管）和曲率半径（最小到 19 mm）的管道的良好适应性。机器人的静态承载能力达到 1000g（在 7 bar、22 毫米直径垂直管道下不爬升），几乎是其重量的 80 倍。此外，还获得了机器人在各种状态下爬上管道时的承载能力。并搭建扭矩试验台，获取输出扭矩和恢复扭矩。然后，建立整个机器人的模型，以方便专业化设计。最后，进行了多次实验以验证机器人对各种直径（18-36 mm）、倾斜度（0-90°，甚至水平管）和曲率半径（最小到 19 mm）的管道的良好适应性。机器人的静态承载能力达到 1000g（在 7 bar、22 毫米直径垂直管道下不爬升），几乎是其重量的 80 倍。此外，还获得了机器人在各种状态下爬上管道时的承载能力。进行了多次实验以验证机器人对各种直径（18-36 mm）、倾斜度（0-90°，甚至水平管）和曲率半径（最小到 19 mm）的管道的良好适应性。机器人的静态承载能力达到 1000g（在 7 bar、22 毫米直径垂直管道下不爬升），几乎是其重量的 80 倍。此外，还获得了机器人在各种状态下爬上管道时的承载能力。进行了多次实验以验证机器人对各种直径（18-36 mm）、倾斜度（0-90°，甚至水平管）和曲率半径（最小到 19 mm）的管道的良好适应性。机器人的静态承载能力达到 1000g（在 7 bar、22 毫米直径垂直管道下不爬升），几乎是其重量的 80 倍。此外，还获得了机器人在各种状态下爬上管道时的承载能力。