在航空發(fā)動機(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，并覆蓋較長的距離。為了保持管道運輸及其設(shè)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(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算機(jī)自動控制下， 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、履帶式等運動機(jī)構(gòu)，多采用電磁電機(jī)驅(qū)動，適用于大口徑管道的檢測，但當(dāng)設(shè)計到直徑小于一厘米的微細(xì)管道時，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)器人化裝備實驗室提出了一種智能材料驅(qū)動的微型管道檢測機(jī)器人。研究人員通過考慮軟材料的獨特特性來分析機(jī)器人的動態(tài)特性，并相應(yīng)地調(diào)整驅(qū)動電壓的頻率和相位，以優(yōu)化機(jī)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(jī)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(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(fù)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(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(jìn)。為了驗證其管道檢測能力，機(jī)器人正面安裝了一個微型攝像頭，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。

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

(資料來源：光明日報)

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