Мягкий альпинистский робот с магнитными ногами для мультимодального передвижения.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8377 (2023) Цитировать эту статью

590 Доступов

Подробности о метриках

Инспекционные роботы, которые можно использовать для проверки искусственных сооружений, имеют значительный потенциал для промышленного применения, но существующие мягкие роботы плохо подходят для исследования сложных металлических конструкций со множеством препятствий. В этой статье предлагается мягкий лазающий робот, хорошо подходящий для таких условий, поскольку робот использует ноги с управляемым магнитным сцеплением. Он использует мягкие надувные приводы для контроля этого прилипания, а также деформации тела. Предлагаемый робот состоит из корпуса робота, который может сгибаться и удлиняться, ног робота, которые могут магнитно прикрепляться к металлической поверхности и отрываться от нее, а также вращающихся шарниров, соединяющих каждую ногу с телом, чтобы придать роботу дополнительную гибкость. Он сочетает в себе мягкие исполнительные механизмы растяжения для деформации тела и сократительные линейные приводы для ног робота, и робот может производить сложные деформации тела, которые позволяют ему преодолевать различные сценарии. Возможности предлагаемого робота были проверены путем реализации трех сценариев на металлических поверхностях: ползания, лазания и перехода между поверхностями. Роботы могли почти взаимозаменяемо ползать или карабкаться, могли переходить с горизонтальных поверхностей на восходящие или нисходящие вертикальные поверхности и с них.

Стальные конструкции используются в различных отраслях промышленности: от объектов гражданского строительства до специального оборудования и транспортных средств, таких как козловые краны, контейнеры, мосты, железнодорожные транспортные средства и крупная строительная техника. Проверка безопасности и работы по техническому обслуживанию этих конструкций в настоящее время полностью зависят от рабочей силы, но эти конструкции часто очень большие и состоят из сложной сборки стоек или панелей, соединенных вместе. Эти характеристики делают осмотр этих конструкций трудоемким, утомительным и могут привести к травмам рабочего из-за повторяющихся движений или падений. По этим причинам для конструкций такого типа были разработаны различные типы инспекционных роботов1,2.

Были разработаны различные типы жестких роботов, которые могут прикрепляться к различным поверхностям, используя разные методы крепления. Методы лазания по стенам для четвероногих роботов, лазающих по стенам, были разработаны с использованием магнитов, крючков, конструкций, напоминающих гекконов, и влажных адгезионных подушек3,4,5,6,7. Были разработаны подходы к созданию четырехколесных роботов, способных прикрепляться к стенам, с использованием электрических вентиляторов или магнитов, в то время как колеса перемещают робота8,9. Использовались ползущие роботы, использующие гусеницы с различными механизмами сцепления, например, магниты или присоски, способные выполнять сложные движения, такие как перемещение от земли к стене и преодоление препятствий10,11,12. Было показано, что биомиметические роботы, похожие на дюймовых червей, с аналогичными механизмами обладают замечательной способностью преодолевать препятствия13,14. Роботы со встроенными сенсорными системами и аккумуляторами продемонстрировали свою способность анализировать усталость и трещины на мостах15,16. Однако эти роботы, использующие двигатели и жесткие механизмы, громоздки и лишены гибкости, поэтому их работа ограничена в очень открытой среде, например, на регулярных и непрерывных поверхностях с большими зазорами и небольшим количеством препятствий.

Мягкие роботы по своей природе совместимы благодаря мягким материалам, из которых они состоят, и это соответствие позволяет им легко адаптироваться к окружающей среде17,18. Были разработаны биомиметические роботы-черви и дюймовые черви, использующие трение для передвижения при ползании19,20,21,22. Но они не доказали свою способность лазить по стенам. Их можно модифицировать для лазания по трубам, используя ножки, которые охватывают внешнюю часть трубы, создавая силу захвата23,24,25,26, а также для прохождения через внутреннюю часть трубы, расширяя их ноги для создания трения о трубу27,28. 29. Ноги биомиметических роботов, использующих походку, напоминающую гекконов и червей, можно заменить присосками, чтобы увеличить сцепление и позволить лазить по вертикальным поверхностям, таким как стены30,31,32. Использование сегментированных и всенаправленных изгибающихся тел позволило осуществить переход между землей и стеной33,34, но это не было продемонстрировано для перехода к стенам под прямым углом вниз от земли. Одна из потенциальных проблем с использованием присосок для адгезии заключается в том, что они работают только на плоских и нетекстурированных поверхностях, что серьезно ограничивает их применение в реальных сценариях. В качестве альтернативы были разработаны ползущие роботы с электростатическим клеем35,36,37, но для их работы требуется высокое напряжение, что может быть небезопасно в промышленной среде.