一种用于设计长臂型航空发动机内窥镜应用细长连续体机器人的系统化方法

《International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power》：A Systematic Approach for Designing Slender Continuum Robots for Extended-Reach Aeroengine Endoscopic Applications

　　

摘要

内窥镜检查对于评估飞机燃气轮机的适航性至关重要。然而，目前的检测流程仍高度依赖人工操作，且存在较大差异性，这影响了后续基于图像的损伤分析的可靠性。本文提出了一种系统化的设计方法，用于设计一种超细型连续体机器人，以适应航空发动机检测的几何与操作要求。我们明确了设计空间，比较了不同的驱动方案，并通过结构化评估选择了肌腱驱动架构。将尺寸优化问题视为最大化可见叶片表面的优化问题，从而确定出能够确保高检测覆盖率的部件长度。文中详细介绍了设计思路、材料选择、电缆选用、驱动单元以及该机械手的两种版本：全驱动版本和带有被动载体的混合版本。在高压压缩机模型上的测试表明，这两种系统在刚度、可控性、摩擦力、姿态可观测性以及系统复杂性方面存在明显差异。基于这些研究结果，未来的工作应着眼于开发结合两种优点的混合解决方案。此外，所提出的方法不仅适用于高压压缩机检测，还可应用于发动机的其他部件，大大拓展了其应用范围。