天津大学最新研发:3D打印软性机器人

留学吧 2021-01-22

中国青年报客户端天津1月20日电(中青报·中青网记者 胡春艳 通讯员 刘晓艳)

像一只灵巧的尺蠖,牢牢地抓住圆形管,在一伸一缩中蜿蜒前进。这是采用天津大学科技工作者研发的一种新型模块化柔性驱动方法并用3D打印机必要“打印”出来的软性机器人。

软性机器人因其较高的柔性和对人体安全等优点,在近几年获得了持续普遍的关注。而3D打印机的优势就是生产简单形体、简单结构而且不需要先前加工,可一次成型。打印机免除组装结构,是3D打印机技术生产软性机器人近年来一个比较典型的应用。

(图片说明:基于薄膜气缸的新型气动人工肌肉设计理念及其应用场景)

近日,天津大学左思洋、刘建彬课题组提出了一种基于薄膜气缸的新型模块化柔性驱动方法,并通过根据具体应用于改变排列组合方式以及合理布置相连方案,将其应用于人工肌肉和管道乌龟机器人中。该方法基于一次3D打印成型的生产技术,省掉了传统机电设备加工制造中的组装流程,大幅降低了驱动模块的生产成本和周期,且具备耗气量小、动态响应高、可靠性低、对应用场景适应性强等特点。该成果2021年1月初在线发表在《美国电气电子工程师学会机器人和自动化快报( IEEE Robotics and Automation Letters)》上。

(图片说明:基于薄膜气缸的管道爬行机器人设计理念)

“每一个薄膜气缸就好比人体的一小块肌肉,或者爬虫的一个‘节’,只不过是用热塑性聚氨酯材料做的。”刘建彬说明说,采用这种新型薄膜气缸结构是团队的“奇思妙想”,如果把这个结构比喻成一个基本的肌肉单元,那根据有所不同的应用于需求再对这些单元的连接方式展开排列组合和布局连接,就看起来把一个个的肌肉单元连接起来构成一整块肌肉,然后再应用于不同场景,而整块“肌肉”的生产过程则使用了3D打印技术,一次成型。

基于此创意,课题组首先提出了一种新型气动人工肌肉,可应用于柔性外骨骼等人机交互装备的驱动中。气动即以压缩空气为动力源,造就机械已完成前端或旋转动作。与传统气动人工肌肉比起,该设计最突出的特点是会产生厚度方向的收缩,从而防止了对人体的断裂。此外,课题组还明确提出了一种新型气动管道爬行机器人,可应用于工业管道设施的检查和实时监控。该管道爬行机器人使用仿生尺蠖原理,通过精妙布置薄膜气缸单元之间的相连,实现机器人在管道内、外壁面乌龟。柔性驱动方式的应用使该机器人能够适应大范围管道直径的变化,并可应对直管、细管、竖管、水平管以及各种角度倾斜管应用于场景,同时机器人可承受可调80倍以上负载。

因为采用了气动的方法驱动,软性机器人不能拖着长长的气管尾巴工作。如果将传感器构建到设备中,也就能去除这些气管尾巴,使机器人更独立国家精致,而这是科学家们未来的希望方向。

来源:中国青年报客户端

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