缆线是工程结构中重要的组成部件，具有结构承载、电子连接和机械传动的作用。缆线爬行机器人依托缆线进行运动，完成检查或运送物资的任务。现有的缆线爬行机器人通常由电机驱动，主要使用在大型工程结构中。这些机器人自重较重，一旦发生滑移或坠落，会造成设备损坏甚至人员伤亡。而对于内部空间狭窄的工程结构，亟需一款体积小、重量轻、能在细缆上爬行的机器人。
最近，西安交通大学李博教授团队开发了一款纯软体的爬线巡检软体机器人(见图1)，该机器人重量为2.1 g，长度为43 mm。由三个柔性的人工肌肉介电弹性体驱动器组成。该机器人可以在极细的柔性缆(直径<1mm)上爬行，爬行速度最快可达0.72体长/秒。相关成果以A Soft, Centimeter-Scaled, Thin-Cable-Crawling Robot for Narrow Space Inspection为题发表于期刊Advanced Intelligent Systems，并入选当期的主封面推荐论文。
图1 爬线巡检的软体机器人
视频1中展示了该机器人的运动驱动过程，三个介电弹性体依次谐振变形，实现机器人单向运动。通过对驱动频率和驱动波形的研究，获得了最优的驱动方案。
视频1 机器人爬行运动原理
视频2首先展示了机器人在0.17mm的细丝上爬行过程，并且可以原地掉转移动方向。其次展示了垂直向上爬行的能力。其他爬线功能如图2中总结。
图2 机器人的多种多样的爬行能力测试
视频2 机器人多种爬行功能展示
在视频3中，该机器人能够运输物体(水平方向上3.69倍的自重；垂直方向上0.76倍的自重)，并具有在各种环境下的爬行能力。如视频4中，该机器人可以从水下过渡到水上，通过驱动频率变化突破了液体表面张力的限制。
视频3 机器人推送物体移动功能
视频4 机器人跨越水面张力的跨域运动
最后，针对具体的检测任务需求，对机器人装配内窥镜进行巡检操作，包括对张拉整体结构的检测，以及在等比缩小的机翼模型内容进行检查，见图3和视频5中的记录。实验中，机器人用了140秒走过了飞机机翼内部关键的位置，并可以同步传输图像给用户端。
图3 机器人在开放的张拉整体结构和封闭的机翼内部进行巡检
视频5 机器人在张拉结构（开放环境）和机翼模型（封闭环境）的检测操作
本工作提出的新型厘米级缆线爬行的软体机器人可以在狭小或密闭的环境中执行检查任务。下一步将继续对电源和控制系统进行小型化和集成化的研究，并且改进传动系统实现从单根丝爬到交叉网络的功能。
西安交通大学机械工程学院马文涛博士为论文第一作者，西安交通大学机械工程学院李博教授和陈贵敏教授为论文通讯作者。论文工作得到了陕西省颅颌面精准医学研究重点实验室开放课题的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/aisy.202300828
审核：力学家
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