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斯坦福大学用充气管制造出巨型软体机器人

2020/3/24 21:36:48

相较于冷冰冰硬朗的机器人来说,人类总是更喜欢一些柔软的东西即软体机器人,绝大多数机器人以更大比例进行气动(或液压)操作,特别是当它们需要施加很大的力时。这些会形成复杂的情况。气动和液压通常需要在某处安装泵来移动流体,所以你经常会看到软体机器人被拴在外部和非软动力源上。这其实也比较常见与正常,因为仍然可以通过这种方式解决很多挑战,并且有些新兴技术可能会导致软泵或气体发生器的出现。

斯坦福大学的研究人员开发了一种新型的软体机器人,它是基于一系列顺应性强、充满空气的管子。它具有人类规模,可以四处移动,不需要泵或绳索,它的安全性与大型机器人差不多,甚至可以打一点篮球。

斯坦福大学和加州大学商学院的Nathan S.Usevitch、Zachary M.Hammond、Mac Schwager、Allison M.Okamura、Elliot W.Hawkes和Sean Follmer发表的论文《无缆等周软体机器人》中显示其软体机器人由一组相同的机械手滚轴模块组成,这些模块安装在充气的织物管(A)上。辊将织物管夹在辊之间,从而形成有效的接缝(B),可通过驱动辊来重新定位。滚轮模块通过沿管驱动来驱动机器人,在延长一个边缘的同时,缩短另一个边缘(C)。滚轮模块在节点处使用三自由度万向节相互连接,万向节由一个连接两个杆的U形接头组成,每个杆都可以绕其轴(D)自由旋转。机器人以滚动的步态在户外不受束缚地移动。
这个东西看起来很像美国宇航局 Ames一直致力于开发的张力机器人 ,现在正由Squishy Robotics商业化(希翼如此)。不过,斯坦福的模型从技术上讲并不是一个张力机器人,因为它不使用承受拉力的结构部件(例如电缆)。研究人员将这种机器人称为“等周机器人”,这意味着虽然结构的离散部分可能会改变长度,但所有组合在一起的部分总长度却保持不变。它在结构上具有与张力机器人类似的内在柔顺性,这正是它们吸引人的特点之一。
尽管斯坦福机器人的柔顺性来自于一个由充气管构成的桁架状结构,但它的运动依赖于可移动的动力模块。这些模块通过两个圆柱滚子(不产生密封)挤压位于其上的管,驱动滚柱沿着管来回移动模块,有效地使管的一部分变长,另一部分变短。虽然这只是一个自由度,但拥有一整束管子,每根管子都有一个独立控制的滚轮模块,意味着机器人作为一个整体可以表现出复杂的行为,比如剧烈的形状变化、运动。该视频展示了八面体,但是您可以轻松添加或减去模块来制作各种具有各种功能的不同形状机器人。
研究人员发表的一篇论文中提到:机器人的柔韧性和形状变化可以使其更适合涉及人类的多项任务。例如,机器人可以与工人并肩工作,在工人将零件螺栓固定到位的同时,将零件固定在适当的位置。
在教室里,机器人系统的模块化和软性使其成为潜在有价值的教育工具。学生可以用一个硬件集合创建许多不同的机器人,然后与该机器人进行物理交互。通过在机器人中包含大量滚轮模块,该机器人可以充当形状显示器,动态地改变形状,成为一种高刷新率3D打印机。将触敏织物结合到结构中可以允许用户直接与显示的形状进行交互。
更广泛地,模块化的特性允许相同的硬件构建各种机器人,相同的滚轮模块可以与新的管路一起使用,以创建新的机器人。
如果用户需要一个机器人通过一个又长又窄的通道,他们可以组装一个链式机器人;对于一个移动机器人,他们可以组装成球形。
这样的设计有很多优点。您可以获得气动机器人的所有优点(适应性,灵活性,可折叠性,耐用性,高强度重量比),而无需某种方式来不断移动空气,因为机器人内部的空气量保持恒定。每个单独的三角形模块都是独立的(带有一个管,两个主动滚轮模块和一个被动锚定模块),并且易于与类似的模块结合使用。

不过必须指出的是,由于电动滚筒模块的存在,这种软体机器人实际上只是半软的,您可能会说,从根本上说,它并没有比具有嵌入式刚性组件(如电池和泵)的液压或气动软体机器人好得多。正如研究人员所说的那样,称该机器人“本来就对人体安全”,可能有点过头了,因为它有坚硬的边缘,细小的碎片。不过未来有可能用更柔软、更灵活的材料来代替滚筒模块,这是之后研发工作的重点方向。


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