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一种受海星启发的水下软体机器人

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:Author发布时间:2021年02月24日浏览:883

软机器人比传统机器人更适合某些情况。当与环境、人类或其他生物互动时,橡胶制成的机器人结构固有的柔软性比金属更安全。软机器人也更擅长与不稳定或不确定的环境互动——如果机器人接触到一个无法预测的物体,它可以简单地变形,而不是撞到这个物体。

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这种可变形性直接适用于扎克·帕特森(Zach Patterson)在卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)软机器实验室的工作。作为机械工程博士候选人,帕特森受脆性星(一种相对快速和敏捷的海星)的启发,发明了一种软机器人。这个名叫帕特里克的机器人是第一个可移动的、不受束缚的水下爬行软式机器人。

帕特森说:“这是一个沿着海床爬行的机器人,这个平台的部分价值在于它的四肢是由橡胶制成的。”帕特森与机器人学博士候选人基恩·金(Keene Chin)和机械工程博士后助理安德鲁·萨伯豪斯(Andrew Sabelhaus)合作过。“它很容易在不确定的环境中变形。”

帕特里克的四肢是由橡胶梁和四根嵌入的盘绕的电线组成,这些电线是由一种叫做形状记忆合金(SMA)的金属制成的,具体来说是由镍钛组成的。合金随温度的变化发生相变;在它经过相变的温度阈值后,它会变回记忆中的形状。在室温下,“不记得”的阶段,合金非常灵活,使PATRICK的四肢灵活和可变形的性能。为了让机器人移动,研究人员用电流击打它,使电线加热到超过过渡温度,使机器人的四肢收缩并向不同方向移动。

帕特森和他的同事在设计帕特里克时考虑了几个目标。其中一个目标是制造一种不受束缚的机器人,也就是不连接到通往外置电源和电子设备的电线上的机器人。

“我们想把电力和电子设备安装在机器人身上;这是我们的核心目标。”“这是一个重要的步骤,它改变了你必须设计和制造机器人的方式。”

帕特森还试图为机器人开发一个电子和计算基础设施,这在传统的机器人技术中很常见。在软机器人领域,研究人员通常更专注于物理设计和能够演示功能,而不是围绕他们所设计的机器人建立一个成熟的计算基础设施。

研究人员使用机器人操作系统(ROS)为PATRICK建立了一个计算基础设施,这是一个用于机器人开发的计算机软件包。有了这个系统,团队可以命令PATRICK完成不同的任务,比如在水下移动去触球。很少有不受束缚的软机器人,能在水下爬行的就更少了,但Patterson认为这种基础设施的整合是PATRICK在软机器人领域的更大贡献。

“这种计算基础设施让我们能够做一些事情,比如到达太空中的指令点。据我们所知,这在软机器人文献中是独一无二的,”他说。“我们希望超越一次性的演示或特殊软件,创造一个更灵活的平台,我们可以使用它来测试不同的控制和规划算法以及不同的传感器。”

Patterson将这项研究视为软机器实验室进一步研究的催化剂,特别是在软机器人环境下探索控制理论和控制算法。关于PATRICK的未来,Patterson希望将仿生机器人与现实生活中的蛇尾星进行比较研究,创建一个信息反馈回路,利用机器人更好地了解蛇尾星,进而改进机器人的设计。


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