在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和煉油機(jī)等復(fù)雜系統(tǒng)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(zhǎng)的距離。為了保持管道運(yùn)輸及其設(shè)備的正常運(yùn)行，必須要經(jīng)常性和臨時(shí)性對(duì)管道的內(nèi)部和外部都進(jìn)行管道檢修。

管道機(jī)器人是一種可沿細(xì)小管道內(nèi)部或外部自動(dòng)行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機(jī)械，在工作人員的遙控操作或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下， 進(jìn)行一系列管道作業(yè)的機(jī)、電、儀一體化系統(tǒng)。目前已開發(fā)的各種管道巡檢機(jī)器人包括輪式、腿足式、履帶式等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，多采用電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)，適用于大口徑管道的檢測(cè)，但當(dāng)設(shè)計(jì)到直徑小于一厘米的微細(xì)管道時(shí)，機(jī)器人的尺寸很難按比例縮小。

近日，清華大學(xué)機(jī)械系現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)器人化裝備實(shí)驗(yàn)室提出了一種智能材料驅(qū)動(dòng)的微型管道檢測(cè)機(jī)器人。研究人員通過(guò)考慮軟材料的獨(dú)特特性來(lái)分析機(jī)器人的動(dòng)態(tài)特性，并相應(yīng)地調(diào)整驅(qū)動(dòng)電壓的頻率和相位，以優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度。目前已成功研發(fā)了一種可在亞厘米級(jí)管道中高效運(yùn)動(dòng)的管道探測(cè)機(jī)器人。

這個(gè)重量只有2.2克、長(zhǎng)度47毫米、直徑不到10毫米的“小家伙”，可以適應(yīng)亞厘米直徑和變化曲率的復(fù)雜管道。機(jī)器人采用高功率密度、長(zhǎng)壽命的介電彈性體致動(dòng)器作為人造肌肉，同時(shí)采用基于智能復(fù)合微結(jié)構(gòu)的高效錨固單元作為傳動(dòng)裝置，使用具有可調(diào)節(jié)數(shù)目的磁單元來(lái)快速組裝機(jī)器人，以適應(yīng)不同管道的復(fù)雜幾何形狀。

并且該款管道機(jī)器人采用高頻蠕動(dòng)運(yùn)動(dòng)原理來(lái)對(duì)外部的纜線提供動(dòng)力，從而在亞厘米大小的管道中實(shí)現(xiàn)了水平和垂直快速運(yùn)動(dòng)。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(zhì)(空氣、油等)和不同材質(zhì)(玻璃、金屬、碳纖維等)的管道中高速行進(jìn)。為了驗(yàn)證其管道檢測(cè)能力，機(jī)器人正面安裝了一個(gè)微型攝像頭，從外部控制該機(jī)器人，機(jī)器人以不同的速度成功完成了一組管道巡檢任務(wù)演示。

該項(xiàng)成果填補(bǔ)了當(dāng)前細(xì)微管道檢修探測(cè)設(shè)備的短缺，有望在航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路檢修等領(lǐng)域發(fā)揮作用。

(資料來(lái)源：光明日?qǐng)?bào))

關(guān)鍵詞： 清華大學(xué) 航空發(fā)動(dòng)機(jī) 幾何形狀