Design and Control of an Ultra-Slender Push-Pull Multisection Continuum Manipulator for In-Situ Inspection of Aeroengine

要約

工業用内視鏡は周囲の接触に応じて受動的に形状が変化するため、航空機エンジンの検査ポートからの手動検査アプローチでは到達できない領域があり、多段ブレードを横断して同時に検査することは難しく、エンジンの分解や複数の協力が必要となります。
オペレーターの負担が大きくなり、効率の低下とコストの増加につながります。
この目的を達成するために、本論文は、限られた空間でのより高い柔軟性、通過性、および制御性により、上記の欠点に対する潜在的な解決策を提供する、プッシュプルマルチセクション構造を備えた新しい連続体マニピュレータを提案します。
超スリムなデザインと腱駆動機構の組み合わせにより、マニピュレータは軽量を維持しながら十分な作業スペースとより柔軟な姿勢を実現します。
マルチセクションの腱間の結合を考慮して、革新的な運動学デカップリング制御手法が実装されており、限られた計算リソースの場合でもリアルタイム制御を実現できます。
プロトタイプは、メカトロニクス設計の機能と制御アルゴリズムのパフォーマンスを検証するために構築されます。
実験結果は、航空機エンジンの多段ブレードの現場検査における当社の連続体マニピュレータの利点を実証しており、工業用内視鏡の代替ソリューションとなる可能性があります。

要約(オリジナル)

Since the shape of industrial endoscopes is passively altered according to the contact around it, manual inspection approaches of aeroengines through the inspection ports have unreachable areas, and it’s difficult to traverse multistage blades and inspect them simultaneously, which requires engine disassembly or the cooperation of multiple operators, resulting in efficiency decline and increased costs. To this end, this paper proposes a novel continuum manipulator with push-pull multisection structure which provides a potential solution for the disadvantages mentioned above due to its higher flexibility, passability, and controllability in confined spaces. The ultra-slender design combined with a tendon-driven mechanism makes the manipulator acquire enough workspace and more flexible postures while maintaining a light weight. Considering the coupling between the tendons in multisection, a innovative kinematics decoupling control method is implemented, which can realize real-time control in the case of limited computational resources. A prototype is built to validate the capabilities of mechatronic design and the performance of the control algorithm. The experimental results demonstrate the advantages of our continuum manipulator in the in-situ inspection of aeroengines’ multistage blades, which has the potential to be a replacement solution for industrial endoscopes.

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