精准“探入”航空发动机内部！我国团队让柔性机器人实现毫米级形态预测-新闻中心-平台-全球领先人工智能嵌入式开发平台

【导语】深夜的机场停机坪上，一项革命性的维护技术正在悄然改变航空业的未来。西安交通大学团队研发的“机械蛇”——一种直径仅16毫米、长度达360毫米的电缆驱动连续体机器人（CDCR），正验证着航空发动机原位维护的可行性。这项技术的突破，不仅解决了传统维护流程耗时耗力的痛点，更在柔性机器人形态预测精度上取得了重大进展。从实验室到真实发动机环境，这条“机械蛇”正逐步展现其在狭小空间探索中的无限潜力，预示着航空、石油、核电站等多个领域维护方式的全新变革。

精准“探入”航空发动机内部！我国团队让柔性机器人实现毫米级形态预测

深夜的机场停机坪上，一架刚完成长途飞行的客机亟待检修。传统维护流程需要将重达数吨的航空发动机从机翼拆卸，耗时长达数周。而此刻，一条由西安交通大学团队研发的“机械蛇”正蜿蜒穿过发动机叶片阵列——这条直径仅16毫米、长度达360毫米的电缆驱动连续体机器人（CDCR），正在验证航空发动机原位维护的可行性。

痛点破解：当柔性遇上精度难题

航空发动机内部如同“金属(shǔ)迷(mí)宫(gōng)”，遍(biàn)布(bù)直径不足20毫米的检测通道。传统刚性机械臂难以施展，而柔性连续体机器人又面临形态预测不准的瓶颈。论文第一作者杨哲帅指出：“现有模型在重力、摩擦等因素影响下，形态预测误差会随着机器人长度增加呈指数级增长。”

研究团队发现，电缆与导向孔之间的摩擦力是导致误差的关键因素。就像穿行于复杂管道的缆绳，机器人每经过一个导向(xiàng)孔(kǒng)都(dōu)会(huì)产生方向各异的摩擦力。更棘手的是，重力影响不仅来自金属圆盘，占整机重量(liàng)30%的(de)电(diàn)缆(lǎn)、锁紧装置等部件的重心偏移同样不可忽视。

技术突破：给摩擦力装上“智能开关”

团队对机器人结构进行了巧妙优化：将原本线接触的导向孔改为点接触设计，如同把“滑动摩擦”转化为“滚动摩擦”。在此基础上建立的可变摩擦系数模型，能根据关节弯曲角度自动调整摩擦参数。实验数(shù)据(jù)显(xiǎn)示(shì)，新(xīn)型(xíng)摩(mó)擦(cā)模(mó)型(xíng)使(shǐ)末(mò)端(duān)定(dìng)位(wèi)精(jīng)度(dù)提(tí)升(shēng)89.69%，在(zài)72度(dù)大(dà)弯(wān)曲(qū)工(gōng)况(kuàng)下(xià)仍(réng)保(bǎo)持(chí)0.67%的(de)毫(háo)米(mǐ)级(jí)误(wù)差(chà)。

针(zhēn)对(duì)重(zhòng)力(lì)影(yǐng)响(xiǎng)，研(yán)究(jiū)首(shǒu)次(cì)建(jiàn)立(lì)全组(zǔ)件(jiàn)重(zhòng)力(lì)模型。通过激(jī)光(guāng)跟(gēn)踪(zōng)仪(yí)测(cè)量(liàng)发(fā)现(xiàn)，当(dāng)机(jī)器(qì)人(rén)长(zhǎng)度(dù)达(dá)到(dào)直(zhí)径的(de)22.5倍(bèi)时(shí)，忽(hū)略(è)电(diàn)缆(lǎn)重(zhòng)力(lì)的(de)模(mó)型(xíng)会(huì)产(chǎn)生(shēng)7.25毫(háo)米(mǐ)误(wù)差(chà)，相(xiāng)当(dāng)于(yú)在(zài)1米(mǐ)尺(chǐ)度(dù)下(xià)错(cuò)判(pàn)7厘(lí)米——这对于要在毫米级间隙中穿行的机器人而言是致命缺陷。

实战验证：穿越叶片阵列的“机械蛇”

在模拟低压压气机的叶片阵列实验中（图20），搭载内窥镜的机器人成功完成二级叶片检测。视觉系统记录显示，其能在-216°至+216°弯曲范围内灵活避障。轨迹跟踪实验（图19）中，连续运动的末端定位误差始终控制在9.3毫米以内，相当于在3.6倍身长移动中误差不超过2.6%。

团队搭建的测试平台（图10）揭示更多细节：当加载20克末端载荷（相当于机器人自重1.4倍）时，模型预测仍保持0.77%误差。这种精度使得机器人可携带微型加工工具，未来或能实现叶片表面损伤的在线修复。

未来展望：从实验室到真实发动机

目前该技术已申请多项国家发明专利。研究团队透露，下一步将与航空企业合作，在真实发动机环境中测试耐高温版本机器人。正如通讯作者杨来浩所说：“我们追求的不仅是柔软灵活，更要让柔性机器人具备‘钢铁般’的可靠精度。”

这项突破的意义不止于航空领域——在石油管道检测、核电站维护等场景中，这种能精准预测自身形态的“机械蛇”，正在重新定义人类探索狭小空间的极限。