大自然神奇的(de)力量,带给机器人专家很多(duō)研发灵(líng)感。
比如植物的生长。
portant;" />
当植物每(měi)天(tiān)接受长时间的太阳光照时,通过细胞分裂(有丝分裂)和幼苗上胚轴或生长点的扩展,植物会(huì)迅速长出叶子和茎(jīng),这将支持未来花(huā)朵或果实的生长。
植物的生长(zhǎng)方式给麻(má)省理工学院的工程师(shī)带来了灵感,于是他们开发出一种灵活机器(qì)人。
灵活机器人采(cǎi)用链状附(fù)件设(shè)计,使(shǐ)其延伸(shēn)得足够灵活(huó),因此能(néng)够在任何(hé)必要的配置中扭转和转动。
同(tóng)时,它又具有(yǒu)足够的(de)刚性以(yǐ)支撑重负载,或施加扭矩以在狭(xiá)窄的空(kōng)间中组装零件(jiàn)。
灵活机器人由(yóu)一个“生长点”或变速箱组成(chéng),该(gāi)变速箱将松动(dòng)的(de)互锁块链拉入盒子,将链条单(dān)元锁定在(zài)一起。
任务开始时,灵活机器人会以刚(gāng)性(xìng)附件的形式(shì)将链条逐个送出。
任务完成后,机器人可以收回附件,并以不(bú)同的长度(dù)和形状再次将其伸出以迎接下一个任务。
这项研究部分由(yóu)日本轴承制造商(shāng)NSK Ltd资助。
填补狭窄空间机器人灵活作业的空(kōng)白
在相(xiàng)比(bǐ)宽阔开放的工厂中,移动机器人实(shí)现自主(zhǔ)导(dǎo)航毫(háo)无困难,但是对于在狭小的空(kōng)间里(lǐ),或者(zhě)是(shì)杂乱的货架(jià)后面,甚至(zhì)是拧(nǐng)开汽车发动机的油盖,目前的机械手可能(néng)无法实现。
灵活机器(qì)人的(de)研发也许就可以填补(bǔ)这方面的(de)空白。
福特(tè)基金会工程学教授Asada表示,“机器人的实现与(yǔ)实际工厂完全不同,它是在某种抽象水平上展现出(chū)相同的功能。”
在(zài)实验(yàn)中,机器(qì)人被编程后,它会(huì)绕着障(zhàng)碍物从其基座(zuò)延伸(shēn)或在扩(kuò)展时转过身。
也就是说,它已经足够灵活了。
据研(yán)究人员(yuán)表示,如果将抓爪连接到机器人的(de)生长(zhǎng)尖端或(huò)变速箱上,则灵活机器人可(kě)以生长得足(zú)够长,以在狭窄的(de)空间中蜿蜒,然后施加(jiā)足够的扭(niǔ)矩来松开螺栓(shuān)或(huò)拧松盖子。
团队的研究员Emily Kamienski认为(wéi),自动维护是(shì)机(jī)器人(rén)可以(yǐ)完成的(de)任务(wù)的一个很好(hǎo)的例子。她说:“引擎盖下的空间相对开阔(kuò),但最后一(yī)点是必(bì)须在发动机缸体(tǐ)周围(wéi)导航(háng)或到达机油(yóu)滤(lǜ)清器的地方,这是固定臂(bì)无法触(chù)及的地方。而这个机(jī)器人可(kě)以做类(lèi)似的事情。”
关键是解(jiě)决“最后(hòu)一(yī)脚”
“最后一(yī)脚”是指机器人任(rèn)务或探(tàn)索性任(rèn)务的最后一(yī)步。
机器人一般都花(huā)费大部分时间(jiān)穿越开放空间,但其(qí)任务的最后一(yī)步可能涉及在(zài)更(gèng)紧凑、更复杂的空间中,因此它需要进行更灵活的导航以完成任务。
目前,该团队(duì)已经设计出各种概念和原型来(lái)解决“最后一脚”的问题,包括由柔软的气球状(zhuàng)材料制成的机器人,这种材料(liào)可(kě)以像藤蔓一样生长,毫(háo)无压(yā)力地通过狭窄的缝隙挤压。
但(dàn)是,遗憾的是,一旦机器人蠕动到目(mù)的(de)地,这种柔(róu)软的可扩展机器人还不够(gòu)坚固,无法支撑(chēng)执行(háng)器所(suǒ)需的末端执行(háng)器(qì),例如抓手、相机和其他(tā)传感器。
福特基(jī)金会工程学教授Asada说:“我们的解决方案实际上(shàng)不是(shì)软的(de),而是巧妙地使用刚性(xìng)材料。”
研究人(rén)员设计了一个变速箱来(lái)代表机器人的(de)“生长尖端”,就像植物的芽一(yī)样,随着更多的营养(yǎng)素流向该部位,尖(jiān)端将产(chǎn)生更(gèng)坚硬的茎。
在盒子中,它们装有齿(chǐ)轮和电动机系统,该(gāi)系(xì)统用于拉起流化的材(cái)料,在这种情况下,弯曲的3D打印塑料单元(yuán)序(xù)列相互连(lián)锁,类似于(yú)自行车链条。
当链(liàn)条被送入盒子时,它绕绞盘转动,绞车通过第二组电机进(jìn)行编程。第二组(zǔ)电动(dòng)机被编程(chéng)为将(jiāng)链条中的某些单(dān)元锁定到其相邻单元,再将其从盒子中送出时形(xíng)成刚性附件。
研究人员通过对机器人进行(háng)编(biān)程,将某些(xiē)单元锁定在一起,而其他单元则保持解(jiě)锁(suǒ)状态,使其形成特(tè)定的形状,或在(zài)某些方向“生长(zhǎng)”。
portant;" />
资料(liào)来源:麻省理工学院(yuàn)
当链条被锁定(dìng)且状态是刚性的时候,其强度(dù)足(zú)以支撑1磅重(chóng)(不到(dào)1斤)。
柔性制(zhì)造或再添新成员
柔(róu)性制(zhì)造(zào)作为一种具有旺盛需求和强大生(shēng)命力的(de)生产模(mó)式。
机(jī)器人在汽车和3C电子制造行业的应用占比超过65%,柔性(xìng)抓取(qǔ)、灵活作业甚至能自主(zhǔ)避障的(de)机(jī)器人都是精密智能仓(cāng)库亟需的设备。
在(zài)新一代的信(xìn)息技术与制(zhì)造业(yè)深度融合的发展主线(xiàn)下,如果将灵活机(jī)器人用于生产制造系(xì)统中,以其柔性化(huà)的生产(chǎn)能力,必将带来颠(diān)覆性的(de)工厂革命。