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實現(xiàn)亞厘米級管道內(nèi)高效探測 清華大學成功研發(fā)微小型機器人

2022年06月08日 10:42:47 來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：4245

近日，清華大學機械系現(xiàn)代機構(gòu)學與機器人化裝備實驗室提出了一種智能材料驅(qū)動的微型管道檢測機器人。

　　【化工儀器網(wǎng) 項目成果】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。為了保持管道運輸及其設備的正常運行，必須要經(jīng)常性和臨時性對管道的內(nèi)部和外部都進行管道檢修。
 
　　管道機器人是一種可沿細小管道內(nèi)部或外部自動行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機械，在工作人員的遙控操作或計算機自動控制下， 進行一系列管道作業(yè)的機、電、儀一體化系統(tǒng)。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(gòu)，多采用電磁電機驅(qū)動，適用于大口徑管道的檢測，但當設計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。
 
　　近日，清華大學機械系現(xiàn)代機構(gòu)學與機器人化裝備實驗室提出了一種智能材料驅(qū)動的微型管道檢測機器人。研究人員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(qū)動電壓的頻率和相位，以優(yōu)化機器人的運動速度。目前已成功研發(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。
 
　　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，同時采用基于智能復合微結(jié)構(gòu)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。
 
　　并且該款管道機器人采用高頻蠕動運動原理來對外部的纜線提供動力，從而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(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。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。
 
　　該項成果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。
 
　　(資料來源：光明日報)
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