软体机器人手臂-刚柔并济

2021-05-07 12:01

近日，机器人顶刊《The International Journal of Robotics Research》刊发了中国科学技术大学陈小平教授团队在软体机器人手臂上的研究进展，展示了软体机器人手臂在日常生活中的巨大应用潜力。

受象鼻启发，中国科大陈小平研究团队提出了一种蜂巢气动网络结构的软体机器人。这一软体机器人手臂能轻松完成生活中的多项操纵任务：开门、开抽屉、擦玻璃、拧瓶盖等都不在话下。

由于软体机器人手臂具有本质柔顺性和连续变形特性，在智能制造、医疗康复、家庭服务等领域有着广泛的应用前景。

该研究团队介绍，让“刚性机器人”执行开门任务并不简单，为了完成这一任务，需要精确的感知、建模、规划和控制等。一旦中间任何一环出现差错，都可能面临完不成任务的后果。而得益于被动柔顺性，“软体机器人手臂”在跟环境交互的时候，不需要提前对环境进行精确建模，也不需要力传感器精确的感知环境接触力，即使执行任务过程中被人为“捣乱”也不影响完成任务。“就像开门对于人来说很容易一样，抓住门把手，向下压，再往后一拉就行了。”该团队介绍。除了轻松开门外，“软体机器人”还能执行生活中的多项操纵任务。比如说，开抽屉、擦玻璃、拧瓶盖都不在话下。

目前大多数软体机器人，像柔性手爪、水下软体机器人、软体手术机器人等，使用比较软的柔性材料作为主体，这类软体机器人通过压缩流体、记忆合金等方式驱动柔性材料形变从而产生机器人的运动。这种机器人受限于材料特性，很难做到大负载。

此次科大研发的“软体机器人手臂”采用“蜂巢气动网络结构”，其变形是由构成蜂巢的六边形的折叠、伸展提供的。这种结构可以用相对比较硬的材料制作软手臂，让手臂具有灵活性的同时，兼具大负载能力。

在该研究中，材料使用3D打印技术制备蜂巢结构，具有成本低、制备简单、便于维护且很耐用的特点。