新年伊始，中國空間站航天技術(shù)試驗(yàn)領(lǐng)域成功完成了空間站管道檢測機(jī)器人在軌試驗(yàn)，驗(yàn)證了管道檢測機(jī)器人的管道環(huán)境適應(yīng)能力和變剛度運(yùn)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(yàn)是如何開展的？機(jī)器人在開展管道檢測時(shí)有哪些難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，在設(shè)計(jì)上又有哪些巧思？來一探究竟吧。
△航天員開展管道檢測機(jī)器人在軌試驗(yàn)
管道檢測機(jī)器人在軌試驗(yàn)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(jī)器人運(yùn)動能力試驗(yàn)、收縮狀態(tài)下管道機(jī)器人拉出試驗(yàn)和機(jī)器人狀態(tài)微調(diào)后拉出試驗(yàn)。
試驗(yàn)過程中，機(jī)器人平穩(wěn)可靠地通過多種直徑的直管、彎管、錐管，驗(yàn)證了適應(yīng)多種復(fù)雜管道的機(jī)器人自主運(yùn)動技術(shù)；機(jī)器人斷電后可輕松地從復(fù)雜管道內(nèi)拉出，驗(yàn)證了機(jī)器人被動柔順機(jī)構(gòu)的安全性。
△機(jī)器人運(yùn)動能力試驗(yàn)
在軌開展試驗(yàn)過程中，地面人員通過地面支持崗軟件同步觀測機(jī)器人的位置、電流、接觸力等狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人運(yùn)動狀態(tài)，協(xié)助航天員完成在軌操作。同時(shí)，地面人員通過分析獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，評估試驗(yàn)結(jié)果，為后續(xù)試驗(yàn)提供依據(jù)。
本次管道檢測機(jī)器人在軌試驗(yàn)，是我國空間站開展的首個(gè)艙內(nèi)特種作業(yè)機(jī)器人在軌試驗(yàn)，驗(yàn)證了適應(yīng)多種復(fù)雜管道的大變徑比管道機(jī)器人設(shè)計(jì)和多級協(xié)調(diào)全身運(yùn)動控制等關(guān)鍵技術(shù)，證明了機(jī)器人在空間站管道復(fù)雜環(huán)境下的自主適應(yīng)運(yùn)動能力和安全性，為未來在空間站管道的實(shí)際應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
△航天員開展管道檢測機(jī)器人在軌試驗(yàn)
管道檢測機(jī)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(jī)器人適應(yīng)空間站管道完成自主運(yùn)動是一大挑戰(zhàn)；
機(jī)器人在管道內(nèi)運(yùn)動，既要確保機(jī)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(jī)器人在管道中的運(yùn)動安全性也是一大挑戰(zhàn)。
△空間站管道檢測機(jī)器人
管道檢測機(jī)器人的仿生變剛度設(shè)計(jì)
值得一提的是，管道機(jī)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(shí)收縮于體內(nèi)，運(yùn)動時(shí)向外延伸”的運(yùn)動機(jī)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(jì)思路，設(shè)計(jì)了主被動結(jié)合的腿部剪叉伸縮機(jī)構(gòu)。
△棘皮動物及其管足
管道機(jī)器人的被動機(jī)構(gòu)使機(jī)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(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)控制機(jī)器人腳部與管壁的壓力，保證機(jī)器人腳部與管壁可靠接觸，使機(jī)器人具有足夠前進(jìn)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(yùn)動安全性的兩大難題。
△腿部伸縮機(jī)構(gòu)
機(jī)器人采用兩頭兩尾前后對稱的模塊化結(jié)構(gòu)，具有23個(gè)自由度，配備位置、力等多種類型傳感器。機(jī)器人的“智慧大腦”利用全身傳感器信息計(jì)算管道機(jī)器人的姿態(tài)、位置，并給出運(yùn)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(jī)器人平穩(wěn)地在空間站管道內(nèi)運(yùn)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(jī)器人在軌驗(yàn)證試驗(yàn)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(yàn)的片段，一起來回顧吧↓↓↓
管道檢測機(jī)器人在軌驗(yàn)證視頻回顧
（內(nèi)容來源：中國載人航天）
