Mechanically-Inflatable Bio-Inspired Locomotion for Robotic Pipeline Inspection

要約

流体輸送に不可欠なパイプラインは、特に小型で柔軟な生物学的システムにおいて、ロボットがまだ習得していない、重要かつ困難な検査タスクを課します。
この研究では、パイプラインを移動して検査するための、寄生蜂の産卵管にヒントを得た革新的なロボットの開発を検討しました。
このロボットは、機械的膨張技術を通じてさまざまなチューブのサイズや形状に適応する柔軟な移動システムを備えています。
柔軟な移動システムは、3 つのスライダーのグループが周期的に伸縮する往復運動を採用しています。
原理実証実験では、ロボットの移動効率と直径比 (ロボットの直径とチューブの直径の比) と正の線形相関関係 (r=0.6434) が実証されました。
このロボットは、さまざまな直径比 (0.7 ～ 1.5) で、すべてのテスト条件にわたって平均 (70%) の移動効率で、さまざまなサイズ、形状、積載量のチューブを横断する驚くべき能力を実証しました。
さらに、機械的膨張機構はかなりの耐荷重能力を示し、ロボットの重量を含めて約 (5.8 Kg) のペイロードを運ぶのに相当する (13 N) というかなりの保持力を生成しました。
この新しいソフト ロボット システムは、特にさまざまなチューブの形状、サイズ、耐荷重能力への適応性が必要なシナリオにおいて、チューブ状の限られた空間内での検査とナビゲーションに有望です。
この斬新な設計は、生物学的システムを含む可能性のあるさまざまなパイプライン環境にわたって多用途性を示す、新しいクラスのパイプライン検査ロボットの基盤として機能します。

要約(オリジナル)

Pipelines, vital for fluid transport, pose an important yet challenging inspection task, particularly in small, flexible biological systems, that robots have yet to master. In this study, we explored the development of an innovative robot inspired by the ovipositor of parasitic wasps to navigate and inspect pipelines. The robot features a flexible locomotion system that adapts to different tube sizes and shapes through a mechanical inflation technique. The flexible locomotion system employs a reciprocating motion, in which groups of three sliders extend and retract in a cyclic fashion. In a proof-of-principle experiment, the robot locomotion efficiency demonstrated positive linear correlation (r=0.6434) with the diameter ratio (ratio of robot diameter to tube diameter). The robot showcased a remarkable ability to traverse tubes of different sizes, shapes and payloads with an average of (70%) locomotion efficiency across all testing conditions, at varying diameter ratios (0.7-1.5). Furthermore, the mechanical inflation mechanism displayed substantial load-carrying capacity, producing considerable holding force of (13 N), equivalent to carrying a payload of approximately (5.8 Kg) inclusive the robot weight. This novel soft robotic system shows promise for inspection and navigation within tubular confined spaces, particularly in scenarios requiring adaptability to different tube shapes, sizes, and load-carrying capacities. This novel design serves as a foundation for a new class of pipeline inspection robots that exhibit versatility across various pipeline environments, potentially including biological systems.

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