航空发动机内部叶片、燃烧室等核心部件的检修维护，长期面临空间狭窄（部分通道直径仅数十毫米）、结构复杂、操作精度要求极高的痛点。传统刚性机器人因关节间隙大、灵活性不足难以深入，人工检修不仅效率低下（单台发动机检修需数十小时），还存在高温、高压环境下的安全风险。近日，北京航空航天大学团队研发的基于虚拟运动中心（VCM）机制的连续体机器人，为这一行业难题提供了创新解决方案。

技术方案：VCM机制与D-LITFP铰链的协同创新

该机器人的核心突破在于VCM机制——一种可整体加工、无需装配的柔性关节。其采用**双叶片式等腰梯形柔性铰链（D-LITFP）**作为基础单元：通过将两个叶片式铰链（LITFP）串联，单个铰链的弯曲角度直接翻倍；再将两个D-LITFP平行排列，既保证了大行程（最大弯曲角度达14.2°），又提升了轴向刚度（1915N/mm，可承受1800N压力，相当于两个成年人重量）。

为精准建模铰链性能，团队引入伪刚体模型（PRB），将柔性结构转化为等效刚性关节进行分析，实验与模型计算误差控制在10%以内，为后续运动控制提供了可靠理论支撑。这种“整体加工+串联增程+平行提刚”的设计，完美平衡了灵活性与稳定性，解决了传统柔性机器人“软则易晃、刚则不柔”的矛盾。

性能验证：高精度与强适应性的双重保障

实验数据显示，该机器人的关键性能指标完全满足航空检修需求：

• 运动精度：重复定位精度达±1.47°（弯曲角度）和±2.46°（方向），可实现毫米级精准操作；
• 运动能力：三自由度连续体结构（C形、S形弯曲及圆周运动），能深入发动机内部复杂通道；
• 结构强度：轴向抗压刚度1915N/mm，可抵御检修过程中的振动与压力，避免变形影响精度。

原型机测试中，机器人成功完成了模拟发动机叶片的清洁、检测等任务，操作效率较人工提升3倍以上，且无接触损伤风险。

行业影响：重塑航空维护模式，延伸至多领域应用

该技术的落地将显著改变航空航天领域的检修模式：

• 效率提升：缩短发动机检修周期，降低航空公司停机成本（单台发动机年停机时间可减少20%）；
• 安全升级：替代人工进入高危环境，消除烫伤、机械伤害等风险；
• 场景延伸：未来迷你化版本（直径40mm）可应用于太空舱内部维护、核反应堆管道检测等更极端场景。

北航团队表示，下一步将聚焦机器人的轻量化与智能化，结合视觉导航技术实现自主检修，进一步拓展其在航空航天领域的应用边界。

相关研究成果已发表于《Higher Education Press》期刊，为连续体机器人在高端装备维护领域的产业化提供了重要技术支撑。这一突破不仅填补了国内航空发动机狭窄空间检修机器人的空白，也为全球航空维护技术升级贡献了中国方案。

来源: FME机械工程前沿