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新年伊(yi)始，中国空间站航天技术试验领域成功完成了空间站管道检测机器人在(zai)轨试验，验证了管道检测机器人的管道环(huan)境适应能力和变(bian)刚度运(yun)动安全性，为未来配合空间站完成管道检测提供技术基础。此次在(zai)轨试验是(shi)如何开展的？机器人在(zai)开展管道检测时有哪些难(nan)点和挑战，在(zai)设计上又有哪些巧思？来一探究竟(jing)吧。
△航天员开展管道检测机器人在(zai)轨试验
管道检测机器人在(zai)轨试验如何开展？
航天员在(zai)轨搭建了包含不同直径的直管、弯管、锥管的模拟管道，在(zai)模拟管道内开展了机器人运(yun)动能力试验、收缩状态下管道机器人拉(la)出试验和机器人状态微调(diao)后(hou)拉(la)出试验。
试验过程中，机器人平稳可靠地通过多种直径的直管、弯管、锥管，验证了适应多种复(fu)杂管道的机器人自主运(yun)动技术；机器人断电后(hou)可轻松地从(cong)复(fu)杂管道内拉(la)出，验证了机器人被(bei)动柔顺(shun)机构的安全性。
△机器人运(yun)动能力试验
在(zai)轨开展试验过程中，地面人员通过地面支持岗软件同步观测机器人的位置、电流、接触力等状态数据，实时监控机器人运(yun)动状态，协(xie)助航天员完成在(zai)轨操作。同时，地面人员通过分析获取的相关数据，评(ping)估试验结果，为后(hou)续试验提供依据。
本次管道检测机器人在(zai)轨试验，是(shi)我国空间站开展的首个舱(cang)内特种作业机器人在(zai)轨试验，验证了适应多种复(fu)杂管道的大变(bian)径比管道机器人设计和多级协(xie)调(diao)全身运(yun)动控制等关键技术，证明了机器人在(zai)空间站管道复(fu)杂环(huan)境下的自主适应运(yun)动能力和安全性，为未来在(zai)空间站管道的实际应用积(ji)累了宝贵经验。
△航天员开展管道检测机器人在(zai)轨试验
管道检测机器人面临哪些挑战？
空间站管道结构复(fu)杂，管径跨度大、突变(bian)、不连(lian)续，机器人适应空间站管道完成自主运(yun)动是(shi)一大挑战；
机器人在(zai)管道内运(yun)动，既要确保机器人与管壁接触力对管径变(bian)化的适应性，还要确保意外情况下不能卡(ka)滞在(zai)管道中，因此管道机器人在(zai)管道中的运(yun)动安全性也是(shi)一大挑战。
△空间站管道检测机器人
管道检测机器人的仿生变(bian)刚度设计
值得一提的是(shi)，管道机器人借鉴了棘皮动物(wu)（如海星、海胆、海参等）的管足器官“静(jing)止时收缩于体内，运(yun)动时向外延伸”的运(yun)动机理，提出了“自主伸张、受力收缩、无(wu)电变(bian)柔”的仿生变(bian)刚度设计思路，设计了主被(bei)动结合的腿部(bu)剪叉伸缩机构。
△棘皮动物(wu)及其管足
管道机器人的被(bei)动机构使机器人腿部(bu)可根据管径快(kuai)速调(diao)整长度，以适应管径变(bian)化；主动机构实时控制机器人脚部(bu)与管壁的压力，保证机器人脚部(bu)与管壁可靠接触，使机器人具有足够前进(jin)动力。
既能适应复(fu)杂的空间站管道，又可以保证空间站管道的安全，解决了空间站管道复(fu)杂环(huan)境自主适应和运(yun)动安全性的两大难(nan)题。
△腿部(bu)伸缩机构
机器人采用两头两尾(wei)前后(hou)对称的模块化结构，具有23个自由度，配备位置、力等多种类(lei)型传感器。机器人的“智慧(hui)大脑”利用全身传感器信息计算管道机器人的姿态、位置，并(bing)给出运(yun)动策略，在(zai)保障管道安全的前提下，调(diao)整全身各关节(jie)位置、速度、力的输(shu)出，使机器人平稳地在(zai)空间站管道内运(yun)动。