一只靈巧的“小蟲”牢牢抓住圓管，一伸一縮地向前蜿蜒。其實這種靈活的“bug”就是采用的一種模式。天津由大學研究人員左思陽和劉建斌開發(fā)的一種新的模塊化柔性驅(qū)動方法可用于人工肌肉和管道爬行機器人。這項成果于今年1月初在線發(fā)表在美國電氣和電子工程師協(xié)會的《機器人與自動化快報》上。
軟機器人因其高度的靈活性和對人體的安全性，近年來受到廣泛關注。3D打印的優(yōu)勢在于可以一次性形成復雜的形狀和結(jié)構(gòu)，無需后續(xù)處理。打印無裝配結(jié)構(gòu)是3D打印技術在制造柔性機器人中的典型應用。
左思陽、劉建斌課題組提出了一種基于膜缸的新型模塊化柔性驅(qū)動方法，可以根據(jù)具體應用改變排列組合方式并合理安排連接方案，并將其應用于人工肌肉和管道爬行機器人。
“每個薄膜圓柱體就像人體的一塊小肌肉或者爬行動物的一個‘關節(jié)’，只是由熱塑性聚氨酯制成。”劉建斌解釋說，如果把新型膜筒結(jié)構(gòu)比作一個基本的肌肉單元，根據(jù)不同的應用需求組合這些單元的連接方式，就像把肌肉單元連接起來形成一個整體肌肉，然后應用到不同的場景。
整個“肌肉”的制造過程采用3D打印技術，一次成型，省去了傳統(tǒng)機電設備加工制造中的裝配工序，大大降低了驅(qū)動模塊的制造成本和周期，具有低耗氣量、高動態(tài)響應、高可靠性和應用場景適應性強的特點。
基于這一思路，課題組首次提出了一種新型氣動人工肌肉，可用于驅(qū)動柔性外骨骼等人機交互設備。氣動是指以壓縮空氣為動力源，驅(qū)動機械完成伸縮或旋轉(zhuǎn)動作。與傳統(tǒng)的氣動人工肌肉相比，這種設計最突出的特點是不會在厚度方向膨脹，從而避免擠壓人體。
此外，課題組還提出了一種新型氣動管道爬行機器人，可應用于工業(yè)管道設施的巡檢和實時監(jiān)控。管道爬行機器人采用仿生尺蠖原理，通過巧妙布置薄膜圓柱體單元之間的連接，實現(xiàn)機器人在管道內(nèi)外壁上的爬行。柔性驅(qū)動方式的應用，使機器人能夠大范圍適應管道直徑的變化，可以應對直管、彎管、垂直管、水平管以及各種角度的管道的應用場景，機器人可以承受自身重量的80倍以上。
因為是氣動方式驅(qū)動，所以軟體機器人只能用長長的氣管尾巴工作。如果將傳感器集成到設備中，可以去掉這些氣管尾巴，使機器人更加獨立和精致。