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姜汉卿团队开发具有全运动模式的折纸驱动单元与模块化机械臂
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阅读更多:https://engineering.westlake.edu.cn/NewsEvents/LatestNews/202307/t20230721_29945.shtml 不同于传统的刚性机器人,软体机器人因其具备在受限工作空间中的良好工作能力与安全的人机交互性成为了国际机器人界的热点研究方向。在当前电,热,光,磁等多种软体机器人的驱动方法中,气动驱动因其简单、安全的操作特点,以及低成本、易于制造等固有优势,成为了软体机器人最常用且可靠的驱动方式。当前气动软体机器人大多基于弹性硅胶材料构建,在气动作用下通过硅胶材料拉伸变形实现运动输出。其运动模式由所设计腔道结构决定,对于每种设计个体而言,其运动模式较为单一。为实现多模式运动,现有设计大多采用多驱动单元串联或并联方法,然而,此类设计通常带来更加笨重的结构,且难以同时实现伸缩、弯曲、扭转等多种不同变形模式的解耦与可控耦合输出。 折纸结构由于其出色的结构自适应能力,大范围运动能力,以及丰富的力学特性,近年来受到机器人学界的普遍关注。许多最新研究将折纸与软体机器人进行有机结合以实现更加丰富的运动模式与更大的工作空间。然而,现有折纸驱动单元/机器人大多基于已有折纸结构构建,其运动能力受折纸自身的折叠特性限制,输出运动通常表现为固定的耦合运动,并未在本质上丰富软体机器人的运动模式。因此,如何提升软体/折纸机器人的运动能力,使其同时具备伸缩、弯曲、扭转等多种运动模式,是当前学界与业界的难题,也是此类柔性机器人真正走向日常应用的重要制约因素。 针对这一难题,西湖大学工学院姜汉卿团队开发了“基于折纸结构的全运动模式流体驱动单元”,实现了单一驱动单元高达7种运动模式的全运动模式集成。该工作通过设计新型折纸结构,使其在气源驱动下,同时具备伸缩、弯曲、扭转三种基础运动模式以及模式间的任意组合。模块化结构使得该折纸驱动单元间可根据实际需求任意组装,并构建具有全运动模式的柔性机械臂,有效解决当前柔性机械臂工作空间小,运动模式单一等问题,提高柔性机械臂在生产生活中的灵巧性与通用性。相关研究工作以“Plug & Play Origami Modules with All-Purpose Deformation Modes”为题发表于Nature Communications。
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