天津大学研制出3D打印模块式软体机器人，可用于管道检查

2021年1月7日，南极熊获悉，天津大学的研究人员3D打印出了一种可定制的模块式软体机器人，它能够在工业设施的管道上爬行，并进行检查和实时监控。

这个机器人设备具有一系列软弯曲机制和模块化抓手，能够灵活地攀爬奇形怪状的设施。管道断裂往往会导致生产延误，许多公司仍在手动检查，因此这个机器人可能代表了一种新的、更有效的替代方案。

△团队的3D打印机器人可以减少对人工管道检查的需求，图片来自《IEEE Robotics and Automation》杂志

隐藏的管道攀爬艺术

在许多工厂中，管道是工业效率和最终生产效率所依赖的重要基础。即使是微小的破损，也会对生产造成很大的干扰，因此，不断地检查管道是否有泄漏已经成为一些大型企业的必要条件。

目前，工业企业往往采用工作人员手动监测管道，但这种方法既耗费人力，又有潜在的危险性，尤其是当管道中携带有危险化学品时。因此，开发能够代替承担这种危险任务的机器人，已经成为一个重要的研究领域。

虽然之前的研究已经产生了一系列的机器人解决方案，但它们往往是内侧或外侧的管道攀爬装置，而不是两者兼而有之。更重要的是，前者需要封闭运输网络才能工作，而对于埋在地下的管道，从外部维护是无法避免的。

不过，随着近来软性机器人技术的发展，制造复杂的设备变得更加容易。通过采用3D打印技术，天津大学团队创建了一个优化的设备，能够比以前更灵活地检查管道。

△科学家们3D打印机器人采用了模块化设计，使他们能够根据应用情况进行调整，图片来自《IEEE Robotics and Automation》杂志

天津大学团队的3D打印设计

为了最大限度地提高机器人的灵活性，科学家们设计了一个一体式的软性弯曲机构，能够承受高水平的变形。使用CAD软件来创建装置，并使团队能够随意添加模块或调整抓手的直径。

机器人的布局包括一个中间部分，两端有夹持器，以及三根进气管，可以按需控制和施加压力。通过交替给设备的抓手加压和减压，机器人能够进行 "攀爬 "运动，尽管是在他们的直接控制下。

在测试过程中，机器人展示了85Nmm的扭矩输出，足以以14mm p/s的速度攀爬直径为16-38mm的管道。机器人还能够以45°和90°的角度缩放丙烯酸网络，有可能成为检查倾斜管道的理想选择，因为这些管道可能难以航行。

机器人能够在内部和外部攀爬，并在纵向或横向方向上旋转。未来，科学家们打算将传感器集成到他们的设备中，让它成为一个自主的管道维护解决方案。

3D打印的软机器人

由于3D打印提供的设计灵活性，越来越多的研究人员已经能够生产出创新的机器人，能够实现行走、攀爬和摇摆动作。

蔚山国立科学技术研究所（UNIST）的研究人员创造了一个3D打印的爬墙机器人。受壁虎的启发，他们的四足机器人甚至能够攀爬潮湿的表面。