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中科大团队最新研发的软体机器人

发布日期:2021-04-17     点击量:

他们主要是受象鼻启发。

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跟以往普遍应用于深海研究、医疗康复、制造等领域不同的是,它主要应用在我们的日常生活中。

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还可以转手轮。

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以及一些像开门、开抽屉、擦玻璃之类的日常任务,也统统不在话下。这一软体机器人由中科大计算机学院陈小平教授领衔打造,其研究成果入选机器人顶刊IJRR。这个机器人最大的特点,就是蜂巢气动网络结构。基于这种结构,制备了像象鼻一样兼具灵活度和大负载能力的软体手臂,其负载能力约为3Kg,负载自重比达到了1:1。拆解来看,就是蜂巢结构和气囊的结合。蜂巢的六边形结构密度小、压缩性能和剪切性能高,可为气动网络结构内部提供骨架,具有很好的支撑性。这一结构是使用桌面级3D打印机打印的,也就决定了这一机器人成本低、易制备。团队成员表示,目前,最短两天就可以打印出一只60cm长的手臂,成本在3500元左右。

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而气囊是弹性体内部的一系列通道和腔室。当气囊充气时,依靠蜂巢的结构形变,能产生不同方向的弯曲运动或者伸长运动。气囊的制备使用的是成熟的尼龙布加工工艺,每条手臂大约需要250个气囊,总成本约1000元。除了蜂巢结构和气囊外,还有用于驱动手臂运动的比例调压阀,是工业上常用的气动元件。整个手臂使用了16个比例调压阀进行控制,成本约3万元。研究团队提出了两种控制方法。第一种是基于简化Jacobian模型的反馈控制,利用机器人在交互过程中不受环境影响的运动规律。第二种是基于Q-learning的控制方法,通过设置虚拟目标来增加训练数据。受人执行操纵任务的启发,研究团队还实现了分层控制系统,包含行为规划器和行为控制系统两个部分。而行为控制系统,又区分为高层行为控制器、低层运动控制器和控制终端。具体来说,当执行某项任务时,先由要行为规划器,规划出做什么的动作。以转手轮为例,只需要“向前,向下,向后,向上”这四个行为,就能将手轮转动一圈。然后再由高层行为控制器,在三维空间里设定目标,然后传给低层运动控制器,引导手臂沿着指定的方向。而这里的“引导”,是指低级运动控制器为控制终端产生电压,以产生相应的压力来驱动软臂证明了在这一系统的控制下,软体机器人能在没有力传感器和环境精确模型的情况下,像人一样完成简单的交互任务。而这一机器人,由中科大计算机学院陈小平教授团队打造。接下来团队将继续从自然界汲取灵感,开展软体机器人的相关研究,拓展机器人技术的边界,争取早日让机器人早日走进千家万户。

论文链接:

https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0278364920979367

参考链接:

https://softroboticstoolkit.com/hpn-manipulator

https://sites.google.com/view/softrobot

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