纪卫克，张 诚，张昊楠，曹建树，王鹏智，吴浩玚

(北京石油化工学院机械工程学院，北京 102617)

截止2019年底，中国油气长输管道已达13.9×104km，基本形成连通海外、覆盖全国、区域管网紧密跟进的管网布局，但仍面临总体规模偏小、布局结构不合理、体制机制不适应等问题[1]。管道作为城市燃气、暖气、生活用水供应的主要运输工具，地下管网的建设成为城市建设中极其重要的一环。城市燃气的发展与人们的生活质量以及城市环境密切相关[2-3]。但是地下管网随着使用年限的增加，天然气传输系统面临腐蚀、物理损坏等导致大量气体泄漏的风险[4]。管道任何泄漏都可能导致严重的环境影响[5-6]。在这方面国家法律有明文规定，必须定期对输气压力管道和运输油管道等特殊属性设备进行全面检测[7]。燃气管道机器人可以携带传感器系统或焊机系统深入人力所不能到达的管道，完成对管道的检测和维修工作，是目前颇为理想的管道自动化检测和维护设备。但是由于管道空间的局限性，在满足预定目标的前提下，对机器人结构进行更好的优化，使之受力合理、轻量化等是我国燃气管道机器人应用到实际管网作业关键点之一。

多学科设计优化(MDO)是一种有效的耦合工程系统方法[8-9]。同时因为MDO可靠性高且能够适应当前城市燃气快速发展环境下对现代工业设计分工的要求，在相关行业获得了广泛地应用[10-14]。多学科优化设计应用于机器人研究设计领域取得了一定研究成果。……