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          清華大學機械系研發微小型管道機器人,實現亞厘米級管道高效探測

             日期:2022-05-30     來源:信息新報    作者:angle     評論:0    
           據清華大學官網消息,近日,清華大學機械系現代機構學與機器人化裝備實驗室研發了一種可在亞厘米級管道中高效運動的管道探測機器人。

          在航空發動機和煉油機等復雜系統中,有大量用于輸送水、氣體和油的管道。通常,這些管道具有各種直徑、變化的曲率,并覆蓋較長的距離。為確保它們處于良好的工作狀態,需要定期從外部和內部進行管道檢修。目前已開發的各種管道巡檢機器人包括輪式、腿足式、履帶式等運動機構,多采用電磁電機驅動,適用于大口徑管道的檢測。當涉及到直徑小于一厘米的微細管道時,機器人的尺寸很難按比例縮小。

          微型管道機器人在彎曲管道中行進

          本項工作提出了一種智能材料驅動的微型管道檢測機器人(重量 2.2 克,長度 47 毫米,直徑 < 10 毫米),可以適應亞厘米直徑和變化曲率的復雜管道。機器人采用高功率密度、長壽命的介電彈性體致動器作為人造肌肉,采用基于智能復合微結構的高效錨固單元作為傳動裝置,使用具有可調節數目的磁單元來快速組裝機器人,以適應不同管道的復雜幾何形狀。通過考慮軟材料的獨特特性(如粘彈性和動態共振)來分析機器人的動態特性,并相應地調整驅動電壓的頻率和相位,以優化機器人的運動速度。這個基于高頻蠕動運動原理的管道機器人由外部的纜線來提供動力,在亞厘米大小的管道中實現了水平和垂直快速運動(速度:1.19 身長 / 秒)。此外,它能夠在不同幾何形狀的管道(變徑管、L 形管、S 形管、螺旋形管等)、不同的填充介質(空氣、油等)和不同材質(玻璃、金屬、碳纖維等)的管道中高速行進。為了驗證其管道檢測能力,機器人正面安裝了一個微型攝像頭,從外部控制該機器人,機器人以不同的速度成功完成了一組管道巡檢任務演示。該技術將來有望在航空發動機管路檢修等領域發揮作用。

          該成果以“用于亞厘米級管狀環境導航的管道檢測機器人”(A pipeline inspection robot for navigating tubular environments in the sub-centimeter scale)為題發表在《科學?機器人》(Science Robotics)上。

          管道機器人在多介質、多材質、變管徑的復雜管道中行進和探測

          論文第一作者為清華大學機械工程系博士后湯超,通訊作者為機械工程系副教授趙慧嬋,其他作者包括機械工程系教授劉辛軍和 2021 級博士生杜伯源、2018 級博士生姜淞文、2019 級碩士生邵琦、2019 級博士生東旭光。該團隊多年來一直專注于機器人領域相關研究。本項工作受到了國家自然科學基金青年基金、面上項目以及共融機器人重大研究計劃等項目的支持。

           
           
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