3D打印柔性?shī)A爪變身機(jī)器人，自主行走越障

3D打印柔性?shī)A爪變身機(jī)器人，自主行走越障

加州大學(xué)圣地亞哥分校的工程師開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)能夠在粗糙表面上行走的軟機(jī)器人，如沙子和鵝卵石。3D打印的四足機(jī)器人可以越過(guò)障礙物并在不同的地形上行走。

由加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校機(jī)械工程教授Michael Tolley領(lǐng)導(dǎo)的研究人員將于5月29日至6月3日在新加坡參加IEEE國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化大會(huì)。機(jī)器人可用于捕獲危險(xiǎn)環(huán)境中的傳感器讀數(shù)或搜索和救援。

高端打印機(jī)使研究人員能夠在同一組件內(nèi)一起打印軟質(zhì)和剛性材料，從而實(shí)現(xiàn)了這一突破。這使得研究人員可以為機(jī)器人的腿設(shè)計(jì)更復(fù)雜的形狀。

Tolley說(shuō)，將柔軟和堅(jiān)硬的材料結(jié)合在一起將有助于創(chuàng)造出新一代快速靈活的機(jī)器人，這些機(jī)器人比以前的機(jī)器人更具適應(yīng)性，可以安全地與人類(lèi)并肩工作。他補(bǔ)充說(shuō)，將軟硬材料混合到機(jī)器人體內(nèi)的想法來(lái)自大自然。“在本質(zhì)上，復(fù)雜性的成本非常低，”托利說(shuō)。“使用像3D打印這樣的新制造技術(shù)，我們正試圖將其轉(zhuǎn)化為機(jī)器人技術(shù)。”

Tolley指出，3D打印軟質(zhì)和剛性機(jī)器人而不是依靠模具來(lái)制造它們要便宜得多，速度也快得多。到目前為止，軟機(jī)器人只能在地面上進(jìn)行洗牌或爬行，而無(wú)法抬起腿。這個(gè)機(jī)器人實(shí)際上可以走路了。

研究人員在大型巖石，傾斜表面和沙子上成功測(cè)試了系留機(jī)器人。機(jī)器人也能夠從步行到爬行過(guò)渡到越來(lái)越狹窄的空間，就像貓?jiān)谂佬锌臻g中搖擺一樣。

Dylan Drotman，博士 加州大學(xué)圣地亞哥分校Jacobs工程學(xué)院的學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)了設(shè)計(jì)腿部和機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作。他還開(kāi)發(fā)了模型來(lái)預(yù)測(cè)機(jī)器人將如何移動(dòng)，然后將其與機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境中的實(shí)際行為進(jìn)行比較。

這個(gè)怎么做的

支腿由三個(gè)平行的，連接的密封充氣室或致動(dòng)器組成，由橡膠狀材料3D打印。腔室內(nèi)部是空心的，因此可以充氣。在外面，腔室是波紋管，使工程師能夠更好地控制腿部的運(yùn)動(dòng)。例如，當(dāng)一個(gè)腔室充氣而另外兩個(gè)腔室沒(méi)有充氣時(shí)，腿部會(huì)彎曲。腿部以X形狀布置并連接到剛體。

機(jī)器人的步態(tài)取決于時(shí)間的順序，壓力的大小以及四條腿中的活塞充氣的順序。機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)生活中的行走行為也與研究人員的預(yù)測(cè)非常吻合。這將使工程師在設(shè)計(jì)軟機(jī)器人時(shí)能夠做出更好的教育決策。

目前的四足機(jī)器人原型系在一個(gè)開(kāi)源板和一個(gè)空氣泵上。研究人員正在努力使電路板和泵都小型化，以便機(jī)器人可以獨(dú)立行走。Tolley說(shuō)，這里的挑戰(zhàn)是找到合適的電路板設(shè)計(jì)和正確的組件，如電源和電池。