天津大學研制出3D打印模塊式軟體機器人，可用于管道檢查

2021年1月7日，南極熊獲悉，天津大學的研究人員3D打印出了一種可定制的模塊式軟體機器人，它能夠在工業(yè)設施的管道上爬行，并進行檢查和實時監(jiān)控。

這個機器人設備具有一系列軟彎曲機制和模塊化抓手，能夠靈活地攀爬奇形怪狀的設施。管道斷裂往往會導致生產(chǎn)延誤，許多公司仍在手動檢查，因此這個機器人可能代表了一種新的、更有效的替代方案。

△團隊的3D打印機器人可以減少對人工管道檢查的需求，圖片來自《IEEE Robotics and Automation》雜志

隱藏的管道攀爬藝術

在許多工廠中，管道是工業(yè)效率和最終生產(chǎn)效率所依賴的重要基礎。即使是微小的破損，也會對生產(chǎn)造成很大的干擾，因此，不斷地檢查管道是否有泄漏已經(jīng)成為一些大型企業(yè)的必要條件。

目前，工業(yè)企業(yè)往往采用工作人員手動監(jiān)測管道，但這種方法既耗費人力，又有潛在的危險性，尤其是當管道中攜帶有危險化學品時。因此，開發(fā)能夠代替承擔這種危險任務的機器人，已經(jīng)成為一個重要的研究領域。

雖然之前的研究已經(jīng)產(chǎn)生了一系列的機器人解決方案，但它們往往是內(nèi)側或外側的管道攀爬裝置，而不是兩者兼而有之。更重要的是，前者需要封閉運輸網(wǎng)絡才能工作，而對于埋在地下的管道，從外部維護是無法避免的。

不過，隨著近來軟性機器人技術的發(fā)展，制造復雜的設備變得更加容易。通過采用3D打印技術，天津大學團隊創(chuàng)建了一個優(yōu)化的設備，能夠比以前更靈活地檢查管道。

△科學家們3D打印機器人采用了模塊化設計，使他們能夠根據(jù)應用情況進行調整，圖片來自《IEEE Robotics and Automation》雜志

天津大學團隊的3D打印設計

為了最大限度地提高機器人的靈活性，科學家們設計了一個一體式的軟性彎曲機構，能夠承受高水平的變形。使用CAD軟件來創(chuàng)建裝置，并使團隊能夠隨意添加模塊或調整抓手的直徑。

機器人的布局包括一個中間部分，兩端有夾持器，以及三根進氣管，可以按需控制和施加壓力。通過交替給設備的抓手加壓和減壓，機器人能夠進行 "攀爬 "運動，盡管是在他們的直接控制下。

在測試過程中，機器人展示了85Nmm的扭矩輸出，足以以14mm p/s的速度攀爬直徑為16-38mm的管道。機器人還能夠以45°和90°的角度縮放丙烯酸網(wǎng)絡，有可能成為檢查傾斜管道的理想選擇，因為這些管道可能難以航行。

機器人能夠在內(nèi)部和外部攀爬，并在縱向或橫向方向上旋轉。未來，科學家們打算將傳感器集成到他們的設備中，讓它成為一個自主的管道維護解決方案。

3D打印的軟機器人

由于3D打印提供的設計靈活性，越來越多的研究人員已經(jīng)能夠生產(chǎn)出創(chuàng)新的機器人，能夠實現(xiàn)行走、攀爬和搖擺動作。

蔚山國立科學技術研究所（UNIST）的研究人員創(chuàng)造了一個3D打印的爬墻機器人。受壁虎的啟發(fā)，他們的四足機器人甚至能夠攀爬潮濕的表面。

同樣，UNIST的另一個團隊將3D打印與注塑相結合，制造了一個行走的海星形機器人。五個 "肢體 "就像生物力學系統(tǒng)中的肌腱一樣，可以通過驅動來進行受控運動。

來自伊利諾伊大學的科學家們將老鼠的脊髓融合到一個軟性機器人中，制造出一個3D打印的行走微型機器人。這款生物機器人的動力來自于脊柱中模式化的肌肉收縮，進而移動它的 "腳"。

研究人員的研究成果詳見他們題為 "Fully 3D-printed Modular Pip-climbing Robot"的論文，該論文由Disheng Xie, Jianbin Liu, Rongjie Kang and Siyang Zuo. 共同撰寫。