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从植物中得到的灵感,创造出可柔性穿梭的机器人

2019年11月10日 09:42 次阅读

(文章来源:中国机器人网)

在当今的工厂和仓库中,经常看到机器人在四处乱窜,将物品或工具从一个站点运送到另一个站点。在大多数情况下,机器人可以在开放和已知的布局中轻松导航。但要ta们在狭窄的空间里完成任务,比如在杂乱的货架后面伸手去拿产品,或者绕着汽车的发动机零件去拧下机油盖,则要困难得多。

现在,麻省理工学院的工程师已经开发出一种机器人,该机器人的设计目的是使链状附件延伸得足够灵活,以使其能够扭曲和转动任何必要的配置,同时又具有足够的刚性以支撑重负载或施加扭矩以在狭窄的空间中组装零件。任务完成后,机器人可以收回附件,并以不同的长度和形状再次将其伸出以适应下一个任务。可以对新的“生长机器人”进行编程,以根据从“生长尖端”或齿轮箱定并送出的链条单元的顺序,在不同方向上生长或延伸。

附属物的设计灵感来自于植物的生长方式,其中涉及以流化形式将营养物输送到植物的顶端。在那里,它们被转化为固体材料,以一点一点地产生支撑茎。同样,机器人由“生长点”或变速箱组成,该变速箱将松动的互锁块链拉入盒子。然后,盒子中的齿轮将链条单元锁定在一起,并以刚性附件的形式逐个将链条送出。

研究人员于本周在澳门举行的IEEE国际智能机器人与系统国际会议(IROS)上介绍了这种受植物启发的“生长机器人”。他们设想可以将抓取器,摄像头和其他传感器安装到机器人的变速箱上,从而使其能够蜿蜒穿过飞机的推进系统并拧紧松动的螺钉,或者在不干扰周围库存组织的情况下,伸手到架子上抓取产品,以及其他任务。

从植物中得到的灵感,创造出可柔性穿梭的机器人

麻省理工学院机械工程学教授哈里·阿萨达(Harry Asada)说:“想想更换车内机油的场景:你打开发动机车顶后,必须足够灵活,使左旋和右转,才能到达机油滤清器,然后你必须足够有力,扭转机油滤清器盖以去除机油滤清器盖。”“现在,我们有了一个可以轻松完成这些任务的机器人,”领导这项工作的浅田研二郎实验室的前研究生闫同喜(Tongxi Yan)说。“它可以增长,收缩和再次增长为不同的形状,以适应其环境。”

该团队还包括麻省理工学院的研究生Emily Kamienski和访问学者Seiichi Teshigawara,他们在会议上介绍了该成果。新机器人的设计是Asada解决“最后一只脚问题”工作的一个分支,这是一个工程术语,指机器人任务或探索任务的最后一步或最后一只脚。虽然机器人可能会花费大部分时间穿越开阔的空间,但其任务的最后一步往往可能需要更灵活的导航,以便在更紧密、更复杂的空间来完成任务。

工程师们已经设计出各种各样的概念和原型来解决最后一只脚的问题,包括用柔软的气球状材料制成的机器人,这些材料能像藤蔓一样生长,可以挤过狭窄的缝隙。但Asada说,这种软扩展机器人不够坚固,不足以支持“末端执行器”,或如抓取器、摄像头和其他传感器等附加装置,一旦机器人已经爬到目的地,将是必要的执行任务,这些都需要末端执行器执行。

同样兼任福特基金会(Ford Foundation)工程学教授的阿萨达(Asada)说:“我们的解决方案实际上不是软性材料的应用,而是巧妙地使用刚性材料。”一旦研究小组确定了植物生长的一般功能要素,他们就试图在一个可扩展的机器人中从一般意义上模仿这一点。Asada说:“机器人的实现过程与真实工厂场景下可能完全不同,但是在某种抽象水平上,它表现出相同的功能。”

研究人员设计了一个变速箱来代表机器人的“正在生长的尖端”,类似于植物的芽,随着越来越多的营养素流向该部位,尖端将产生更坚硬的茎。在盒子内,它们装有齿轮和电动机系统,该系统用于拉起流化的材料,同时弯曲3D打印塑料单元序列相互连锁,类似于自行车链条。当链条被送入箱子时,它会转动一个绞盘,绞盘通过第二组电机将链条中的某些单元锁定到它们的相邻单元,从而在链条被送入箱子时形成一个刚性附件。

研究人员可以对机器人进行编程,以将某些单元锁定在一起,而其他单元则保持解锁状态,以形成特定形状或在某些方向“生长”。在实验中,他们能够对机器人进行编程,以使其绕着障碍物从其基座延伸或扩展时转过身。Yan说:“它可以锁定在不同的地方,以不同的方式弯曲,并具有广泛的运动范围。”

当链条被锁定并且是刚性的时候,它的强度足以支撑沉重的一磅重物体。研究人员说,如果将抓取器连接到机器人不断增长的尖端或变速箱上,则该机器人可能会长得足够长,以在狭窄的空间内蜿蜒而行,然后施加足够的扭矩来松开螺栓或松开盖子。
     (责任编辑:fqj)

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