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新年伊始，中国空间(jian)站航天技术试验领域成(cheng)功完(wan)成(cheng)了空间(jian)站管道检测机器人在轨试验，验证了管道检测机器人的管道环境适应能力和变刚(gang)度运动安全性(xing)，为未来配合空间(jian)站完(wan)成(cheng)管道检测提供技术基础。此次(ci)在轨试验是如何开展的？机器人在开展管道检测时有哪(na)些难(nan)点和挑战，在设计(ji)上又有哪(na)些巧思？来一探究(jiu)竟吧。
△航天员开展管道检测机器人在轨试验
管道检测机器人在轨试验如何开展？
航天员在轨搭建了包含不(bu)同(tong)直径的直管、弯管、锥管的模(mo)拟管道，在模(mo)拟管道内开展了机器人运动能力试验、收缩(suo)状态(tai)下管道机器人拉出试验和机器人状态(tai)微调后拉出试验。
试验过程中，机器人平稳可靠地通过多(duo)种直径的直管、弯管、锥管，验证了适应多(duo)种复杂管道的机器人自主运动技术；机器人断电后可轻松地从复杂管道内拉出，验证了机器人被动柔(rou)顺机构的安全性(xing)。
△机器人运动能力试验
在轨开展试验过程中，地面人员通过地面支持(chi)岗软(ruan)件同(tong)步观测机器人的位置、电流、接触力等状态(tai)数据，实时监控机器人运动状态(tai)，协助航天员完(wan)成(cheng)在轨操(cao)作。同(tong)时，地面人员通过分析获(huo)取的相关数据，评估试验结果，为后续试验提供依据。
本次(ci)管道检测机器人在轨试验，是我国空间(jian)站开展的首个(ge)舱内特种作业机器人在轨试验，验证了适应多(duo)种复杂管道的大变径比管道机器人设计(ji)和多(duo)级(ji)协调全身运动控制等关键技术，证明了机器人在空间(jian)站管道复杂环境下的自主适应运动能力和安全性(xing)，为未来在空间(jian)站管道的实际应用积累了宝贵经验。
△航天员开展管道检测机器人在轨试验
管道检测机器人面临哪(na)些挑战？
空间(jian)站管道结构复杂，管径跨度大、突(tu)变、不(bu)连续，机器人适应空间(jian)站管道完(wan)成(cheng)自主运动是一大挑战；
机器人在管道内运动，既要(yao)确保机器人与管壁接触力对管径变化的适应性(xing)，还要(yao)确保意(yi)外(wai)情况下不(bu)能卡滞在管道中，因(yin)此管道机器人在管道中的运动安全性(xing)也是一大挑战。
△空间(jian)站管道检测机器人
管道检测机器人的仿(fang)生变刚(gang)度设计(ji)
值得一提的是，管道机器人借鉴了棘皮动物（如海星、海胆、海参等）的管足器官“静(jing)止时收缩(suo)于体内，运动时向(xiang)外(wai)延伸”的运动机理，提出了“自主伸张、受力收缩(suo)、无电变柔(rou)”的仿(fang)生变刚(gang)度设计(ji)思路，设计(ji)了主被动结合的腿部剪叉伸缩(suo)机构。
△棘皮动物及其管足
管道机器人的被动机构使机器人腿部可根据管径快速调整长(chang)度，以适应管径变化；主动机构实时控制机器人脚部与管壁的压力，保证机器人脚部与管壁可靠接触，使机器人具有足够前进动力。
既能适应复杂的空间(jian)站管道，又可以保证空间(jian)站管道的安全，解决(jue)了空间(jian)站管道复杂环境自主适应和运动安全性(xing)的两(liang)大难(nan)题(ti)。
△腿部伸缩(suo)机构
机器人采用两(liang)头两(liang)尾前后对称的模(mo)块化结构，具有23个(ge)自由度，配备位置、力等多(duo)种类型传感器。机器人的“智慧大脑”利(li)用全身传感器信(xin)息计(ji)算管道机器人的姿态(tai)、位置，并给出运动策(ce)略，在保障管道安全的前提下，调整全身各关节位置、速度、力的输出，使机器人平稳地在空间(jian)站管道内运动。