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中國科大自主研發(fā)低成本軟體機(jī)器人手臂

2021-04-14 19:12:37 來源:市場星報   編輯:江亞萍   
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安徽財經(jīng)網(wǎng)訊:開門、擦玻璃、擰瓶蓋.....由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自主研發(fā)的軟體機(jī)器人手臂由于具有本質(zhì)柔順性和連續(xù)變形特性,在智能制造、醫(yī)療康復(fù),家庭服務(wù)等領(lǐng)域有巨大的研究價值和廣泛的應(yīng)用前景。最新一期的機(jī)器人頂刊《The International Journal of Robotics Research》(IJRR)刊發(fā)了中國科大陳小平教授團(tuán)隊在軟體機(jī)器人手臂上的研究進(jìn)展,展示了軟體機(jī)器人手臂在日常生活中的巨大應(yīng)用潛力。

開門擦玻璃擰瓶蓋不在話下

讓剛性機(jī)器人執(zhí)行開門任務(wù)并不簡單。陳小平介紹,為了完成這一任務(wù),需要精確的感知,建模,規(guī)劃,控制。一旦中間任何一環(huán)出現(xiàn)差錯都可能造成不可挽回的后果。然而開門對于人來說很容易。抓住門把手,向下壓,再往后一拉就行了。機(jī)器人能否像人一樣輕松地執(zhí)行生活中的操縱任務(wù)呢?在最新一期的IJRR中,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊展示了一種使用軟體機(jī)器人手臂輕松完成生活中各種任務(wù)的方法。這種方法從人執(zhí)行操縱任務(wù)的行為方式中汲取靈感,利用軟體機(jī)器人手臂的柔順性,展示出了一種全新的機(jī)器人與環(huán)境交互的方式。

得益于被動柔順性,軟手臂在跟環(huán)境交互的時候,不需要提前對環(huán)境進(jìn)行精確建模,也不需要力傳感器精確的感知環(huán)境接觸力,即使執(zhí)行任務(wù)過程中被人為“搗亂”也不影響完成任務(wù)。4月14日,陳小平團(tuán)隊向記者視頻展示了該機(jī)器人的熟練操作,不光是開門開抽屜,擦玻璃、開擰瓶蓋都不在話下。

兼具靈活度和大負(fù)載能力

象鼻是自然界中即柔順靈活又很有力氣的軟體器官。受象鼻啟發(fā),研究團(tuán)隊提出了一種蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并基于這種結(jié)構(gòu),制備了像象鼻一樣兼具靈活度和大負(fù)載能力的軟體手臂。手臂的負(fù)載自重比達(dá)到了1:1。蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是蜂巢和氣囊的結(jié)合,當(dāng)氣囊充氣時,依靠蜂巢的結(jié)構(gòu)形變,產(chǎn)生不同方向的彎曲運動或者伸長運動。

據(jù)了解,目前大多數(shù)軟體機(jī)器人(如柔性手爪、水下軟體機(jī)器人、軟體手術(shù)機(jī)器人)使用比較軟的柔性材料作為主體,比如硅膠。這類軟體機(jī)器人通過壓縮流體、記憶合金等方式驅(qū)動柔性材料形變從而產(chǎn)生機(jī)器人的運動。這種機(jī)器人受限于材料特性,很難做到大負(fù)載。

蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其變形是由構(gòu)成蜂巢的六邊形的折疊、伸展提供的。這種結(jié)構(gòu)使得我們可以用相對比較硬的材料制做軟手臂,在實現(xiàn)大負(fù)載能力的同時,手臂可以沿各個方向彎曲伸長,兼具靈活性。在該研究中,研究者使用3D打印技術(shù)制備蜂巢結(jié)構(gòu),成本低,制備簡單,便于維護(hù),且很耐用。

從人的行為方式中汲取靈感

陳小平告訴記者,受人完成交互任務(wù)的啟發(fā),研究團(tuán)隊提出了一種基于“行為”的控制方式。行為代表著一種運動趨勢,以轉(zhuǎn)手輪為例,只需要“向前,向下,向后,向上”這四個行為,就能將手輪轉(zhuǎn)動一圈。軟體機(jī)器人手臂的控制精度往往不如剛性手臂高,那如何用軟體手臂完成更加精細(xì)的任務(wù)呢?其實人手臂的精度也不高,往往通過借助工具來完成精細(xì)的任務(wù)。比如畫一條直線,多數(shù)情況下需要借助尺子。研究者展示了軟手臂也可以借助尺子畫一條直線。

“就像教一個孩子開門,只要告訴他’抓住門把手,向下壓,再向后拉‘一樣。研究者提出的基于行為的控制使得我們可以用相似的方式與機(jī)器人溝通。”讓機(jī)器人像人一樣使用工具這一想法,為軟機(jī)器人的應(yīng)用打開了更廣闊的空間。團(tuán)隊成員表示:“接下來團(tuán)隊將繼續(xù)從自然界汲取靈感,開展軟體機(jī)器人的相關(guān)研究,拓展機(jī)器人技術(shù)的邊界,爭取早日讓機(jī)器人早日走進(jìn)千家萬戶”。 記者 于彩麗

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