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從清華大學獲悉，近日，清華大學機械系現(xiàn)代機構學與機器人化裝備實驗室研發(fā)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(fā)動機管路檢修等領域發(fā)揮作用。

在航空發(fā)動機和煉油機等復雜系統(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，并覆蓋較長的距離。為確保它們處于良好的工作狀態(tài)，需要定期從外部和內(nèi)部進行管道檢修。目前已開發(fā)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(diào)節(jié)數(shù)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(tài)特性，并相應地調(diào)整驅動電壓的頻率和相位，以優(yōu)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(xiàn)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(huán)境導航的管道檢測機器人”為題發(fā)表在《科學·機器人》上。

記者鄧暉