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          清華大學研發微小型管道機器人實現亞厘米級管道高效探測

             日期:2022-06-06     來源:光明日報    作者:angle     評論:0    
           從清華大學獲悉,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,填補了當前細微管道檢修探測設備的短缺,有望在航空發動機管路檢修等領域發揮作用。

            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。

            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。這個重量只有2.2克、長度47毫米、直徑不到10毫米的“小家伙”,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。

            研究組介紹,該項工作通過考慮軟材料的獨特特性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。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。

            該成果以“用于亞厘米級管狀環境導航的管道檢測機器人”為題發表在《科學·機器人》上。

           
           
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