新年伊始，中國空間站航天技術(shù)試驗領(lǐng)域成功完成了空間站管道檢測機器人在軌試驗，驗證了管道檢測機器人的管道環(huán)境適應(yīng)能力和變剛度運動安全性，為未來配合空間站完成管道檢測提供技術(shù)基礎(chǔ)。此次在軌試驗是如何開展的？機器人在開展管道檢測時有哪些難點和挑戰(zhàn)，在設(shè)計上又有哪些巧思？來一探究竟吧。

△航天員開展管道檢測機器人在軌試驗

管道檢測機器人在軌試驗如何開展？

航天員在軌搭建了包含不同直徑的直管、彎管、錐管的模擬管道，在模擬管道內(nèi)開展了機器人運動能力試驗、收縮狀態(tài)下管道機器人拉出試驗和機器人狀態(tài)微調(diào)后拉出試驗。

試驗過程中，機器人平穩(wěn)可靠地通過多種直徑的直管、彎管、錐管，驗證了適應(yīng)多種復(fù)雜管道的機器人自主運動技術(shù)；機器人斷電后可輕松地從復(fù)雜管道內(nèi)拉出，驗證了機器人被動柔順機構(gòu)的安全性。

△機器人運動能力試驗

在軌開展試驗過程中，地面人員通過地面支持崗軟件同步觀測機器人的位置、電流、接觸力等狀態(tài)數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控機器人運動狀態(tài)，協(xié)助航天員完成在軌操作。同時，地面人員通過分析獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，評估試驗結(jié)果，為后續(xù)試驗提供依據(jù)。

本次管道檢測機器人在軌試驗，是我國空間站開展的首個艙內(nèi)特種作業(yè)機器人在軌試驗，驗證了適應(yīng)多種復(fù)雜管道的大變徑比管道機器人設(shè)計和多級協(xié)調(diào)全身運動控制等關(guān)鍵技術(shù)，證明了機器人在空間站管道復(fù)雜環(huán)境下的自主適應(yīng)運動能力和安全性，為未來在空間站管道的實際應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗。

△航天員開展管道檢測機器人在軌試驗

管道檢測機器人面臨哪些挑戰(zhàn)？

空間站管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管徑跨度大、突變、不連續(xù)，機器人適應(yīng)空間站管道完成自主運動是一大挑戰(zhàn)；

機器人在管道內(nèi)運動，既要確保機器人與管壁接觸力對管徑變化的適應(yīng)性，還要確保意外情況下不能卡滯在管道中，因此管道機器人在管道中的運動安全性也是一大挑戰(zhàn)。

△空間站管道檢測機器人

管道檢測機器人的仿生變剛度設(shè)計

值得一提的是，管道機器人借鑒了棘皮動物（如海星、海膽、海參等）的管足器官“靜止時收縮于體內(nèi)，運動時向外延伸”的運動機理，提出了“自主伸張、受力收縮、無電變?nèi)?rdquo;的仿生變剛度設(shè)計思路，設(shè)計了主被動結(jié)合的腿部剪叉伸縮機構(gòu)。

△棘皮動物及其管足

管道機器人的被動機構(gòu)使機器人腿部可根據(jù)管徑快速調(diào)整長度，以適應(yīng)管徑變化；主動機構(gòu)實時控制機器人腳部與管壁的壓力，保證機器人腳部與管壁可靠接觸，使機器人具有足夠前進動力。

既能適應(yīng)復(fù)雜的空間站管道，又可以保證空間站管道的安全，解決了空間站管道復(fù)雜環(huán)境自主適應(yīng)和運動安全性的兩大難題。

△腿部伸縮機構(gòu)

機器人采用兩頭兩尾前后對稱的模塊化結(jié)構(gòu)，具有23個自由度，配備位置、力等多種類型傳感器。機器人的“智慧大腦”利用全身傳感器信息計算管道機器人的姿態(tài)、位置，并給出運動策略，在保障管道安全的前提下，調(diào)整全身各關(guān)節(jié)位置、速度、力的輸出，使機器人平穩(wěn)地在空間站管道內(nèi)運動。

看過以上講解，你是不是對空間站內(nèi)開展的管道檢測機器人在軌驗證試驗有了更加清晰的了解？前不久的《天宮TV》畫面中記錄下了神舟十九號乘組在軌開展此試驗的片段，一起來回顧吧↓↓↓

管道檢測機器人在軌驗證視頻回顧

（內(nèi)容來源：中國載人航天）