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新年(nian)伊(yi)始，中(zhong)国空间站航天(tian)技(ji)术试验领域成功完成了(le)空间站管道检测机器人在轨试验，验证了(le)管道检测机器人的管道环境适应能力和变刚度运动安全性，为(wei)未(wei)来(lai)配合空间站完成管道检测提供技(ji)术基础(chu)。此次在轨试验是如何开展的？机器人在开展管道检测时有哪些难点和挑战，在设计上又有哪些巧思？来(lai)一探究竟(jing)吧(ba)。
△航天(tian)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(tian)员在轨搭建了(le)包含不同直径的直管、弯管、锥管的模拟管道，在模拟管道内开展了(le)机器人运动能力试验、收缩状(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(zhong)，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(le)适应多(duo)种复杂管道的机器人自主运动技(ji)术；机器人断电后可轻松地从复杂管道内拉出，验证了(le)机器人被动柔顺机构的安全性。
△机器人运动能力试验
在轨开展试验过程中(zhong)，地面人员通过地面支持岗软(ruan)件同步观(guan)测机器人的位置、电流、接触(chu)力等状(zhuang)态数据，实时监控机器人运动状(zhuang)态，协助航天(tian)员完成在轨操(cao)作。同时，地面人员通过分析获取的相关数据，评估(gu)试验结果，为(wei)后续试验提供依据。
本次管道检测机器人在轨试验，是我国空间站开展的首个舱内特(te)种作业机器人在轨试验，验证了(le)适应多(duo)种复杂管道的大变径比管道机器人设计和多(duo)级协调全身(shen)运动控制等关键技(ji)术，证明了(le)机器人在空间站管道复杂环境下的自主适应运动能力和安全性，为(wei)未(wei)来(lai)在空间站管道的实际应用积累了(le)宝贵经验。
△航天(tian)员开展管道检测机器人在轨试验
管道检测机器人面临哪些挑战？
空间站管道结构复杂，管径跨度大、突变、不连续，机器人适应空间站管道完成自主运动是一大挑战；
机器人在管道内运动，既要(yao)确(que)保机器人与管壁接触(chu)力对管径变化的适应性，还要(yao)确(que)保意外情况下不能卡滞在管道中(zhong)，因此管道机器人在管道中(zhong)的运动安全性也(ye)是一大挑战。
△空间站管道检测机器人
管道检测机器人的仿生变刚度设计
值得(de)一提的是，管道机器人借鉴(jian)了(le)棘皮动物(wu)（如海星(xing)、海胆、海参等）的管足器官“静止时收缩于体内，运动时向外延(yan)伸”的运动机理，提出了(le)“自主伸张、受力收缩、无电变柔”的仿生变刚度设计思路，设计了(le)主被动结合的腿部(bu)剪叉伸缩机构。
△棘皮动物(wu)及其管足
管道机器人的被动机构使机器人腿部(bu)可根(gen)据管径快速(su)调整长(chang)度，以(yi)适应管径变化；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(chu)，使机器人具有足够前进动力。
既能适应复杂的空间站管道，又可以(yi)保证空间站管道的安全，解决了(le)空间站管道复杂环境自主适应和运动安全性的两(liang)大难题(ti)。
△腿部(bu)伸缩机构
机器人采用两(liang)头两(liang)尾前后对称的模块化结构，具有23个自由度，配备位置、力等多(duo)种类型传感器。机器人的“智慧大脑(nao)”利用全身(shen)传感器信(xin)息计算管道机器人的姿(zi)态、位置，并给出运动策略，在保障管道安全的前提下，调整全身(shen)各(ge)关节位置、速(su)度、力的输出，使机器人平稳地在空间站管道内运动。