Flexible Soft Robots 검사 복합물의 파이프 라인

기업에 있는 Soft Robotics에 소개

이 로봇은 산업 분야에서 가장 중요한 역할을 하는 로봇입니다. 이 로봇은 다양한 산업 분야의 다양한 산업 분야의 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이러한 로봇은 금속 및 단단한 플라스틱으로 구성된 전통적인 엄밀한 로봇과 달리, 소프트 로봇은 생물학적 유기체의 유연성과 탄력성을 mimic하는 고분자 물질로 건설됩니다. 이 패러다임 교대는 특히 산업 검사 작업에 대한 관련이 있으며, 이는 복잡한 구조가 필수적입니다. 소프트 로봇은 다양한 산업 검사 작업에 적합하며, 내부의 물성 검사 및 제조에 대한 이상적인 검사를 수행 할 수 있습니다.

왜 파이프 검사용 유연한 소프트 로봇?

산업 파이프라인은 종종 길고 곡선이며, 파편, 부식 또는 방해로 채워집니다. 전통적인 검사 방법은 지루한스코프, 크롤러 및 돼지 (파이프 라인 검사 게이지)를 포함하지만 이러한 견고한 도구는 내부 안감, 손상 또는 복잡한 지오메트리의 중요한 결함을 얻을 수 있습니다. 소프트 로봇은 고유 한 준수와 일정한 인간 개입없이 불확실한 환경을 탐색하기 위해 탁월한 대안을 제공합니다.

향상된 Maneuverability

소프트 로봇은 엄밀한 장치를 멈추는 T 접합, 및 직경 변화가 뚜렷하게 할 수 있습니다. 그들의 지속적인 변형 가능한 몸은 그(것)들을 그들의 자신의 직경으로 레이디를 가진 관을 통해서 인치 앞으로, 크롤러를, 또는 째로 허용하. 이 기능은 peristaltic 또는 undulating 동의를 창조하는 분산된 액추에이터를 통해서 달성됩니다.

위험 감소

이 로봇에 사용되는 부드러운 재료는 파이프 벽에 최소 압력을 발휘하고, 긁힘 또는 민감한 코팅, 라이너 또는 이전 인프라를 파괴하는 위험을 줄입니다. 이것은 특히 작은 breach가 누출 또는 오염으로 이어질 수있는 파이프라인 운반 위험한 물질에 중요합니다.

검사를 넘어 Versatility

비주얼 검사 이외에, 연약한 로봇은 청소, 바다표범 어업, 또는 앉히기에 있는 사소한 결점을 고치는 공구로 갖춰질 수 있습니다. 그들의 적응할 수 있는 몸은 초음파 변형기, eddy 현재 감지기, 또는 청소 솔과 같은 payload를 손상을 입을 수 있습니다.

비용 효과

1개의 연약한 로봇 디자인은 다수 관 크기 및 모양을 취급할 수 있고, 전문화한 공구의 함대를 위한 필요를 감소시키. 이 적응성 더 낮은 자본 expenditure 및 산업 정비 부를 위한 재고 비용.

재료 및 설계 원칙

모든 소프트 로봇의 기초는 재료 구성입니다. 일반적인 재료는 실리콘 탄성체 (예 : 에코플렉스, 드래곤 스킨), 열가소성 폴리우레탄 및 하이드로젤이 포함되어 있습니다. 이 재료는 다양한 작동 방법과 탄성, 눈물 저항 및 호환성을 위해 선택됩니다.

법의학

Soft Robots는 에너지가 모션으로 변환하는 다양한 액추에이터에 의해 구동됩니다. 가장 일반적인 유형은 다음과 같습니다.

Pneumatic Actuation: 로봇 내의 압축 공기 팽창 챔버, 굽힘 또는 확장. 이 방법은 간단, 강력하고 잘 추적되는 관에 대한 압력. Harvard와 MIT의 연구 그룹은 수평 및 수직 파이프를 탐색 할 수있는 공압 구동 부드러운 크롤러를 보여줍니다.
Tendon-Driven Crawlers:] 로봇의 몸에 넣어 와이어 굽힘을 생성. 이 기술은 정확한 제어를 제공하고 종종 유연한 백본과 함께 사용됩니다. 그것은 공압보다 빠른 응답 시간을 허용하지만 더 복잡한 제어 시스템을 필요로 할 수 있습니다.
Shape Memory Alloys (SMAs): Nitinol 컨트랙트와 같은 합금으로 만들어진 와이어는 가열, 생성 모션. SMAs는 가볍고 침묵하며 소음이 우려되는 응용 분야에 적합합니다. 그러나, 그들은 느린 냉각 및 제한된 효율을 겪습니다.
디전기 엘라스토머:디지털 소재는 전기 분야의 변형을 통해 빠른 응답과 높은 변형을 제공합니다. 유망하지만, 고전압을 필요로하고, 파이프라인 검사 로봇을 위한 실험적인 단계에서도 있습니다.

감각과 피드백

효과적인 검사를 수행하려면, 소프트 로봇은 파이프 상태와 로봇의 자체 상태에 데이터를 제공하는 센서를 수행해야합니다. 일반적인 센서 통합은 다음과 같습니다 :

미니멀 카메라: LED 조명 캡처의 시각 세부 사항, 부식, 차단의 높은 정의 카메라.
Ultrasonic 변형기: 내부 결함의 벽 간격 측정 그리고 탐지를 위해 사용하는.
압력 및 유량 센서:는 로컬 압력과 유량을 모니터링하여 누출이나 방해를 식별합니다.
Soft Strain Sensors: 로봇의 몸에 내장되어 있어, 폐쇄형 루프 컨트롤을 가능하게 합니다.

무선 통신은 종종 실시간 데이터 전송을 위해 필요하지만, 파이프의 두꺼운 금속 벽은 신호를 견딜 수 있습니다. 연구자들은이 도전을 극복하기 위해 로봇의 테더를 통해 음향 와이파이 또는 데이터 릴레이를 탐구하고 있습니다.

다양한 산업 분야의 응용

기름과 가스

업스트림 및 하류 운영에서 파이프라인은 운반 오일, 천연 가스 및 장거리에 세련된 제품을 운반합니다. 부식, 부식, 부식 및 피로 균열은 일반적인 위협입니다. 소프트 로봇은 기존 도구가 실패하는 라이저, 유량 및 해상 파이프라인의 복잡한 네트워크를 탐색 할 수 있습니다. 예를 들어, []]Soft Robotics Inc. 플랫폼은 해상 환경에서 유연한 파이프 검사에 적합합니다.

화학 제조

화학 플랜트는 다양한 온도와 압력에서 공격적인 유체를 운반합니다. 화학적으로 내성 탄성체로 만든 소프트 로봇은 검사를 수행하는 동안 산성 또는 알칼리성 환경을 견딜 수 있습니다. 그들의 부드러운 접촉은 불꽃을 피하고 휘발성 설정에서 폭발의 위험을 줄일 수 있습니다.

물과 폐수

시립 물 시스템은 종종 균열, 뿌리 침입 및 바이오 필름 구축과 함께 관을 노화. 소프트 로봇은 시각적 및 음향 검사를 수행 할 수 있으며 누출을 감지하고 로컬화된 염소 처리를 제공합니다. Environmental Protection Agency]와 같은 Agencies는 비 침습적 물 인프라 평가를위한 부드러운 로봇으로 연구가 자금을 지원했습니다.

음식과 음료

위생은 식품 가공 파이프라인에 있는 기하물입니다. 음식 급료 실리콘에게서 한 연약한 로봇은 쉽게 청소되고 위생될 수 있습니다. 그들은 선을 오염 없이 제품 잔류물, 부식, 또는 외국 목표를 검열할 수 있습니다. 몇몇 디자인은 통합 살포 분사구를 사용하여 in-place 청소를 실행하는 진행하고 있습니다.

도전과제

약속에도 불구하고, 부드러운 로봇은 산업 파이프 라인의 광범위한 배포 전에 몇 장애물을 직면.

힘과 탑재량 수용량

이 제품은 무거운 짐 또는 exert 큰 힘을 지원할 수 없습니다. 이 한계는 감지기의 크기 그리고 무게 및 그들이 나르는 공구를 제한합니다. 연구자는 부착 융통성을 희생하지 않고 적재 방위 수용량을 증가하는 끼워넣어진 보강을 가진 합성 구조를 개발합니다.

통제와 자율성

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내구성 및 착용

거친 관 표면과 반복된 개악 그리고 접촉은 피로, 부수기, 또는 빵꾸를 일으킬 수 있습니다. 물자 과학은 각자 치유 탄성체 및 거친 합성물과 같은 - 연약한 로봇의 가동 생활을 연장하기 위하여 낙관합니다.

힘과 행동 속도

공압 시스템은 압축기와 테더를 제한하는 데 필요한 압축기가 필요합니다. 배터리 전원 소프트 로봇은 에너지 밀도에 의해 제한됩니다. 연구자들은 파이프라인 자체의 흐름을 사용하여 고효율 펌프 및 내장 발전을 조사하고 있습니다.

3 차원의 항법

수평하고 낮은 각 관에서 excel 연약한 로봇 도중, 수직 상승은 추가 그립 기계장치를 요구합니다. 몇몇 디자인은 다른 사람 세그먼트 사이 차별 마찰에 ferrous 관을 위한 접착성 패드 또는 자석 발을 이용합니다.

미래 개발 및 동향

이 제한을 빠르게 해결하는 연구입니다. 우리는 알 수없는 파이프 네트워크에 대한 최적의 locomotion 전략을 배우는 통합 인공 지능과 부드러운 로봇을 볼 수 있습니다. 컴퓨터 비전 알고리즘은 자율적 인 결함 인식을 가능하게하며 인간의 통찰력을 줄입니다.

다 물자와 4D 인쇄

첨가제 제조는 시간 (4D 프린팅)에 형상을 변경하는 고급 뻣뻣함, 임베디드 센서 및 활성 물질을 가진 로봇의 생성을 허용합니다. 이것은 특정 파이프 라인 지오메트리 및 작업에 맞게 맞춤 설계 된 로봇으로 이어질 것입니다.

Swarm 로봇

여러 개의 작은 소프트 로봇은 병렬로 작동 할 수 있으며, 큰 네트워크에서 검사 작업을 분할 할 수 있습니다. 그들은 생물학적 인 늪이 복잡한 환경을 탐구하는 방법과 유사하게 더 많은 지상을 다루기 위해 통신하고 협조 할 수 있습니다. [[FLT : 0]]의 연구 출판물 과학 로봇[FLT : 1)은 부드러운 로봇 늪을위한 초기 개념을 제시했습니다.

Bio-Inspired 디자인

자연은 지구벌레 지속성에서 인치 웜 크롤링과 뱀 슬리밍에 대한 무서운 영감이 제공합니다. 이 locomotion 모드를 마이그레이션함으로써, 소프트 로봇은 다양한 청결과 방향의 파이프에서 강력한 이동성을 달성 할 수 있습니다. Stanford와 MIT 같은 대학에서 일하는 것은 이러한 bioinspired 컨트롤러를 정제하는 것을 계속합니다.

Hybrid Rigid-Soft 시스템

적응성에 대한 부드러운 요소와 강도에 대한 엄밀한 구성 요소는 실용적 접근 방식을 제공합니다. 이러한 하이브리드는 여전히 부드러운 인터페이스와 액추에이터에서 혜택을하면서 무거운 페이로드를 수행 할 수 있습니다. 몇 가지 상업 검사 로봇은 이제 부드러운 그리퍼 또는 유연한 관절을 통합합니다.