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加州大学发明新型软机器人:无孔不入,无所不及

2020-03-24 21:37:43

一直以来,以机械类刚性(硬性)为主的机器人较为普遍,柔性机器人近年来越来越受科学家的青睐,尤其是软机器人,为了让机器人无孔不入,无所不及,加州大学设计出可以自由“生长”的软 体机器人EversionRobot。

无孔不入,无所不及

受生物生长的启发,Eversion Robot利用压力来控制头部的材料从而使得身体伸长。这款机器人可以自适应空间的几何形状,整个运动过程中,它的身体不会和外部环境发生相对运动,所以伸长不会受到限制。而传统的运动方式,比如蛇形机器人,在这种环境下则寸步难行。


Eversionrobot的机械结构主要由机械传动系统、软 体机器人本体和压力仓三部分构成。

机械传动系统由步进电机③和传送带④⑤组成。软 体机器人的本体是两层里外缝合的尼龙薄膜(图中红色部分)。尼龙材料缠绕在转轴上,步进电机输出扭矩带动转轴运动,随着半径的不断减小,需要逐渐增大步进电机的扭矩以抵消产生的压力。此外,此系统不需要位置反馈,直接通过步进电机的输入脉冲个数间接计算出旋转角度和“生长”长度。当到达指定位置后,电机断电,这样做可以节省电量,延长设备使用时间。

压力仓为各种元器件提供安置空间,并通过调节内部压力来控制尼龙材料的膨胀和伸长。有趣的是该设备并不是使用空气来调节压力,而是直接利用设备周围的液体。泵通过螺栓贯穿件①向压力仓里注水,泄压阀②打开后可以释放压力。这样做最大的好处就是设备不会因为浮力而失衡。考虑到海水的导电性和腐蚀性,要对步进电机等部件进行特殊防护。
模块化相机,一吸即合

软 体机器人头部采用巧妙的磁吸式设计,可以方便的安装相机或者水体样本检测装置。


磁吸装置由里外两个圆形磁体构成,上面设有孔洞,方便用螺栓固定设备。机器人如果在运动过程中相机不小心卡住,可以断开连接,翻转改变轨道或者收回。这样的特性可以用来安装小型设备并且避免破坏珊瑚。


总结和展望
这款Eversion Robot软 体机器人最大的亮点就在于“就地取材”,用周围的海水来为机器人的运动提供压力。软 体机器人末端利用磁吸装置,方便相机的安装与布置。未来可以在软 体机器人头部加上激光雷达来建立珊瑚的地图模型,或者加上姿态传感器来测量运动角度与轨迹。总之,这款软 体机器人为大家观测珊瑚丛的内部结构和生态环境提供一种行之有效方法。使珊瑚丛的保护进程向前迈进了一大步。


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