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一只聰明的"蟲(chóng)"緊緊抓住圓管，通過(guò)一次伸展和一次收縮，蜿蜒前行。事實(shí)上，這種柔性的"臭蟲(chóng)"是天津大學(xué)研究員左思洋和劉建斌的研究小組開(kāi)發(fā)的一種新的模塊化柔性驅(qū)動(dòng)方法3D"打印"打印"，可用于人工肌肉和管道爬行機(jī)器人。研究結(jié)果于1月初在美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)的快寶、機(jī)器人和自動(dòng)化公司在線發(fā)表。

柔性機(jī)器人由于其高度的靈活性和安全性，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注。3D打印的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)形成復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)，不需要后續(xù)加工。無(wú)裝配打印結(jié)構(gòu)是三維打印技術(shù)在軟機(jī)器人制造中的典型應(yīng)用。

左思揚(yáng)和劉建斌研究小組提出了一種基于薄膜圓筒的模塊化柔性驅(qū)動(dòng)方法，該方法可根據(jù)具體應(yīng)用情況應(yīng)用于人工肌肉和管道爬行機(jī)器人，改變布置組合方式，合理布置連接方案。

每個(gè)薄膜圓柱體就像人體的一小塊肌肉，或者說(shuō)是一條爬行動(dòng)物的‘部分’，只是由熱塑性聚氨酯制成的。劉建斌解釋說(shuō)，如果把新的薄膜圓筒結(jié)構(gòu)與基本的肌肉單元進(jìn)行比較，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，這些單元的組合就像將肌肉單元連接成一個(gè)整體肌肉，然后將其應(yīng)用于不同的場(chǎng)景。

整個(gè)"肌肉"制造過(guò)程采用三維打印技術(shù)，節(jié)省了傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備加工制造中的裝配過(guò)程，大大降低了驅(qū)動(dòng)模塊的制造成本和周期，具有氣耗低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)高、可靠性高、對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

基于這一思想，研究組首次提出了一種新型氣動(dòng)人工肌肉，可用于柔性外骨骼等人機(jī)交互設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。氣動(dòng)是以壓縮空氣為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)機(jī)械完成伸縮或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。與傳統(tǒng)的氣動(dòng)人工肌肉相比，該設(shè)計(jì)最突出的特點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生厚度方向的膨脹，從而避免人體的擠壓。

此外，研究組還提出了一種新型氣動(dòng)管道爬行機(jī)器人，可用于工業(yè)管道設(shè)施的檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。管道爬行機(jī)器人采用仿生蠕動(dòng)原理，巧妙地安排薄膜圓筒單元之間的連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在管道內(nèi)外壁的爬行。柔性驅(qū)動(dòng)方式的應(yīng)用使機(jī)器人能夠適應(yīng)大范圍內(nèi)管徑的變化，能夠適應(yīng)直管、彎管、豎直管、水平管和各種角度傾斜管的應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)，機(jī)器人可以承受自己重量的80多倍。

在氣動(dòng)方法的驅(qū)動(dòng)下，軟機(jī)器人只能用長(zhǎng)的氣管尾巴工作。如果將傳感器集成到該裝置中，就可以去除氣管尾，使機(jī)器人更加獨(dú)立和精巧。