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新(xin)年伊始(shi)，中国空间(jian)站航(hang)天技(ji)术试验领域成功完成了空间(jian)站管道检测机器人在轨(gui)试验，验证了管道检测机器人的管道环境适应能力和变刚度运(yun)动安(an)全性，为未来配(pei)合空间(jian)站完成管道检测提供技(ji)术基础。此次(ci)在轨(gui)试验是如何(he)开展的？机器人在开展管道检测时有(you)哪些难点和挑战，在设计上又有(you)哪些巧思？来一探(tan)究竟吧(ba)。
△航(hang)天员开展管道检测机器人在轨(gui)试验
管道检测机器人在轨(gui)试验如何(he)开展？
航(hang)天员在轨(gui)搭建了包(bao)含不同直径的直管、弯管、锥管的模拟管道，在模拟管道内(nei)开展了机器人运(yun)动能力试验、收缩(suo)状(zhuang)态下管道机器人拉出试验和机器人状(zhuang)态微调后拉出试验。
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，验证了适应多种复杂管道的机器人自主运(yun)动技(ji)术；机器人断电(dian)后可轻松地从复杂管道内(nei)拉出，验证了机器人被动柔顺机构的安(an)全性。
△机器人运(yun)动能力试验
在轨(gui)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(dian)流、接触力等状(zhuang)态数据，实(shi)时监控(kong)机器人运(yun)动状(zhuang)态，协助航(hang)天员完成在轨(gui)操作。同时，地面人员通过分析获取的相关(guan)数据，评估试验结果，为后续(xu)试验提供依据。
本次(ci)管道检测机器人在轨(gui)试验，是我国空间(jian)站开展的首个舱(cang)内(nei)特种作业机器人在轨(gui)试验，验证了适应多种复杂管道的大变径比管道机器人设计和多级协调全身(shen)运(yun)动控(kong)制等关(guan)键技(ji)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(yun)动能力和安(an)全性，为未来在空间(jian)站管道的实(shi)际应用积累了宝贵经(jing)验。
△航(hang)天员开展管道检测机器人在轨(gui)试验
管道检测机器人面临哪些挑战？
空间(jian)站管道结构复杂，管径跨(kua)度大、突变、不连续(xu)，机器人适应空间(jian)站管道完成自主运(yun)动是一大挑战；
机器人在管道内(nei)运(yun)动，既要确保机器人与管壁接触力对管径变化的适应性，还(hai)要确保意外情(qing)况下不能卡滞在管道中，因此管道机器人在管道中的运(yun)动安(an)全性也(ye)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生变刚度设计
值(zhi)得一提的是，管道机器人借(jie)鉴了棘(ji)皮动物(wu)（如海星(xing)、海胆、海参等）的管足器官“静止时收缩(suo)于体内(nei)，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(suo)、无电(dian)变柔”的仿生变刚度设计思路，设计了主被动结合的腿部剪叉伸缩(suo)机构。
△棘(ji)皮动物(wu)及(ji)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度，以适应管径变化；主动机构实(shi)时控(kong)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(you)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(an)全，解决了空间(jian)站管道复杂环境自主适应和运(yun)动安(an)全性的两大难题。
△腿部伸缩(suo)机构
机器人采用两头两尾前后对称的模块化结构，具有(you)23个自由度，配(pei)备位置、力等多种类型(xing)传感器。机器人的“智慧大脑”利用全身(shen)传感器信息计算管道机器人的姿(zi)态、位置，并给出运(yun)动策略，在保障管道安(an)全的前提下，调整全身(shen)各关(guan)节位置、速度、力的输出，使机器人平稳地在空间(jian)站管道内(nei)运(yun)动。