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如何造出既灵活又坚固的机器人?

  研究人员在创建机器人时,很容易陷入两种特质的平衡困境——灵活与坚固。一般来说,这两种特质很难兼得,但对于很多需要细致操作的场景,又缺一不可。

  在最近的一项研究中,研究人员创造了一种机器人,它具有高度的灵活性,同时仍能保持“肌肉”的高度紧张,使其有足够的扭转运动来完成困难的任务。在一项实验中,该机器人能够从瓶子上取下盖子,同时产生的扭转运动是同类领先机器人的 2.5 倍。

  这一结果发表在 1 月 13 日的IEEE机器人和自动化快报上。

  张拉整体机器人由刚性框架和软缆组成的网络组成,这使它们能够通过调整内部张力来改变形状。

  参与这项研究的东京工业大学硕士生 Ryota Kobayashi 解释说:“张拉整体结构因其独特的特性——轻便、灵活和耐用而有颇具优势。” “这些机器人可以在具有挑战性的未知环境中运行,例如洞穴或太空,并具有更复杂和有效的行为。”

  张拉整体机器人的基础结构可以有不同数量的刚性结构或“杆”,整体数量从 2 到 12 个不等,有时甚至更多——但根据一般经验,具有更多杆的机器人通常更复杂且更难设计。

  20%的收缩,2个方向50度大扭转

  张拉整体机器人由刚性框架和软缆组成的网络组成,这使它们能够通过调整内部张力来改变形状。

  在他们的研究中, Ryota的团队创造了一个张拉整体机器人,它依赖于六根张拉整体模块。为了确保机器人实现强大的扭转,使用了三角形的虚拟地图,机器人的人造肌肉被放置在其中,以便它们连接三角形的顶点。当肌肉收缩时,它会使三角形的顶点靠得更近。

  依靠这项技术,机器人仅使用人造肌肉 20% 的收缩就实现了两个方向 50 度的大扭转运动。Ryota说,他的团队对系统的效率感到惊讶——人造肌肉的微小收缩会导致大幅收缩和扭转变形。

  扭转是已有机器人的2.5倍

  “大多数六杆张拉整体机器人只会在结构轻微变形的情况下滚动,导致运动受限,”东京工业大学助理教授 Hiroyuki Nabae 说,他也参与了这项研究。值得注意的是,作者报告说,他们的六杆机器人产生的大扭转运动是已有六杆张拉整体机器人的 2.5 倍。

  接下来,研究团队给机器人装上橡胶手指,帮助它抓取物体,测试它完成任务的能力。在一项实验中,机器人手臂降低到一个可口可乐瓶上,抓住瓶盖,转动,抬起手臂并重复一次抓握和转动动作,以在几秒钟内取下瓶盖。

  研究人员正在考虑以这项技术为基础的方法,例如,通过增加机器人向不同方向弯曲的能力,并结合允许机器人识别其环境中的新形状的技术。后者的进步可以帮助机器人根据需要更好地适应新的环境和任务。

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