在飞机发动机内部、核反应堆管道、太空舱等狭窄且复杂的环境中，传统刚性机器人往往难以灵活穿梭，更别说完成精细的检修任务。有没有一种机器人能像蛇一样弯曲自如，又能保证高精度作业？近日，北京航空航天大学团队研发的一款基于虚拟运动中心（VCM）机制的连续体机器人给出了答案。

连续体机器人因灵活的超冗余结构被称为“蛇臂”或“象鼻机器人”，但现有产品存在短板：要么需要多部件装配导致误差，要么柔性关节弯曲角度小，难以满足大行程需求。比如传统柔性铰链受结构限制，要达到相同弯曲效果得做更长的臂或更多关节，给建模和控制带来挑战。

北航团队的突破口在于VCM机制——这个核心关节能整体加工，完全无需装配，既减少了误差，又保证了固定旋转轴，让机器人运动更稳定。为解决行程小的问题，团队设计了双叶片式等腰梯形柔性铰链（D-LITFP）：把两个叶片式铰链串联，单个铰链的弯曲角度直接翻倍；再将两个D-LITFP平行排列，进一步提升整体刚度。这种“串联增行程+平行提刚度”的设计，完美平衡了灵活性与稳定性。团队还通过伪刚体模型（PRB）对铰链性能精准建模，实验与模型计算误差控制在10%以内，为后续控制提供了可靠依据。

实验数据显示，这款VCM机制的性能相当亮眼：最大弯曲角度达14.2度，轴向抗压刚度约1915N/mm（能承受1800N压力，相当于两个成年人的重量），复合刚度6.92N·m/rad。基于该机制的机器人原型机有三个段，每个段由四个VCM机制组成，最大弯曲角度可达84度，能轻松完成C形、S形弯曲，甚至均匀圆周运动。测试结果表明，机器人重复定位精度在弯曲角度上约为±1.47度，方向上约为±2.46度，足以满足狭窄空间的精细作业需求。

这款机器人特别适合航空航天、核电、太空检测等领域。团队表示，未来将重点推进VCM机制的小型化，计划开发直径40mm的迷你版，以应对更复杂的受限场景；同时会调整各关节刚度，抵消自重影响，让机器人弯曲更均匀。

这款机器人的出现，为狭窄空间作业提供了更精准、更可靠的解决方案，有望在航空维护、核设施检修等领域发挥重要作用。

来源: FME机械工程前沿