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清华大学M&R实验室研发了一种微小型管道机器人

2022-05-27 10:23:36

微小型管道机器人在变曲率、变管径的管道内高效运动


近日,清华大学现代机构学与机器人化装备实验室(简称”M&R实验室”)在《科学机器人》(Science Robotics)发表论文“A pipeline inspection robot for navigating tubular environments in the sub-centimeter scale”,介绍了实验室的最新研究成果:一种可在亚厘米级管道中高效运动和探测的管道机器人。


本论文工作提出了一种智能材料驱动的微型管道检测机器人(重量 2.2 克,长度 47 毫米,直径 <10 毫米),可以适应亚厘米直径和变化曲率的复杂管道。机器人采用高功率密度、长寿命的介电弹性体致动器作为人造肌肉,采用基于智能复合微结构的高效锚固单元作为传动装置,使用具有可调节数目的磁单元来快速组装机器人,以适应不同管道的复杂几何形状。通过考虑软材料的独特特性(如粘弹性和动态共振)来分析机器人的动态特性,并相应地调整驱动电压的频率和相位,以优化机器人的运动速度。这个基于高频蠕动运动原理的管道机器人在亚厘米大小的管道中实现了水平和垂直快速运动(速度:1.19 身长/秒)。此外,它能够在不同几何形状的管道(变径管、L形管、S形管、螺旋形管等)、不同的填充介质(空气、油等)和不同材质(玻璃、金属、碳纤维等)的管道中高速行进。机器人正面安装了一个微型摄像头,可完成管道内的巡检任务。该技术有望在航空发动机、炼油机等复杂系统的水、气体和油的微细输送管道检修中发挥作用。


模块化单元设计,可实现不同功能单元快速组装与配合


管道机器人可在复杂微细管道中行进和探测


论文第一作者为清华大学博士后汤超,通讯作者为赵慧婵副教授,其他作者包括刘辛军教授和博士生杜伯源、姜淞文、邵琦、东旭光。本论文工作获得了国家自然科学基金青年和面上基金以及共融机器人重大研究计划项目的支持。原文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abm8597

清华大学M&R实验室成立于2012年1月,可追溯至汪劲松教授(现任西北工业大学校长)1995年12月在清华大学原精仪系开创的并联机床研究方向,1997年12月,汪教授主导研制出了中国第一台大型镗铣类并联机床。实验室自成立以来,始终得到了汪劲松教授的悉心指导,现有教职工4人(刘辛军、谢福贵、赵慧婵和聂振国老师)、博士后8人、研究生27人,入选“北京市战略科技人才” 团队。多年来,实验室一直专注于并联机器人、复杂及大型构件加工机器人、高速分拣机器人系统、多功能移动机器人、软体与协作机器人等领域的基础理论、关键技术及应用研究。