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說(shuō)起機(jī)器人或者機(jī)械加工的機(jī)械臂，你想到的還是又重沉又笨重的鋼鐵大塊頭?你已經(jīng)out啦!賓夕法尼亞大學(xué)的研究者已經(jīng)研究出了又輕又好用，還可以便攜的機(jī)械臂!
賓夕法尼亞大學(xué)研發(fā)出便攜式機(jī)械臂
盡管機(jī)械臂用處非常廣泛，但是它們通常又沉又笨重，需要很多支持結(jié)構(gòu)才能讓它們順利運(yùn)行。如果你需要的是精度和速度，這些弊端可能是不可避免的。但如果你想要的是長(zhǎng)距離，高比強(qiáng)度，以及非常低的成本(這些特質(zhì)對(duì)于機(jī)械臂來(lái)講是很高的要求)，這里為你準(zhǔn)備了另一種選擇。在5月18日的國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議(International Conference on Robotics and Automation，ICRA)上，來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員帶來(lái)了一種新型的機(jī)械臂設(shè)計(jì)。這種機(jī)械臂由塑料條帶盤(pán)繞、絞合在一起做成。卷曲盤(pán)繞的塑料條帶形成一個(gè)可伸縮的圓筒形結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)可以和絞車(chē)起貨機(jī)以及纜線組裝在一起，變成可操控的機(jī)械臂。
這個(gè)概念在原理上和Zippermast、Spiralift這些市售系統(tǒng)相似，但以上兩者的設(shè)計(jì)顯然更重也更復(fù)雜。賓大螺旋拉鏈?zhǔn)降脑O(shè)計(jì)只用到一條非常輕質(zhì)的塑料條帶，通過(guò)一種非常簡(jiǎn)單的嚙合機(jī)制相連接。塑料條底邊的嚙合齒與下方塑料條上方的嚙合齒相絞合，通過(guò)旋轉(zhuǎn)延伸的方式形成一個(gè)圓柱體。通過(guò)這種方式制造的機(jī)械臂有著很高的比強(qiáng)度，并且具有格外強(qiáng)的抗壓性能。而且調(diào)整機(jī)械臂的長(zhǎng)度非常簡(jiǎn)單，就像拉開(kāi)或者拉上一條旋轉(zhuǎn)著的拉鏈一樣，這個(gè)過(guò)程完全可逆。你可以把塑料條繞在拉鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)上，從而將機(jī)械臂收束在一個(gè)極小的體積內(nèi)。這樣方便的可逆性操作讓這樣的機(jī)械臂設(shè)計(jì)有望成為相當(dāng)便攜的設(shè)備。
螺旋拉鏈結(jié)構(gòu)只是機(jī)械臂的架構(gòu)，除了能按意愿壓縮或伸長(zhǎng)外，現(xiàn)在還沒(méi)有集成驅(qū)動(dòng)。研究人員設(shè)想將機(jī)械臂安裝在萬(wàn)向軸上，與萬(wàn)向軸的三重自由度相結(jié)合，打造一個(gè)6自由度系統(tǒng)。由于機(jī)械臂伸縮比較靈活(特別是在移動(dòng)的時(shí)候)，因此沒(méi)有必要在基座上安裝馬達(dá)驅(qū)動(dòng)它。所以，可以采用絞車(chē)裝在底座上的形式，用聯(lián)機(jī)線連接機(jī)械臂末端來(lái)控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。這樣也保證了施加在材料上的主應(yīng)力是能夠使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的壓應(yīng)力。
在應(yīng)用方面，有如此高比強(qiáng)度，又可以將體積壓縮到很小的系統(tǒng)有很大的發(fā)展?jié)摿?。例如，美?guó)陸軍有興趣將這種機(jī)械臂安裝在陸軍研究實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)的octorotor手臂上。而研究人員還計(jì)劃在用以照看老人的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人上嘗試這種機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，他們說(shuō)，這種機(jī)械臂也可以“操控比較大的物體，比如家具”。在ICRA，我們看到了一些爬壁機(jī)器人虛擬樣機(jī)的照片，它可以通過(guò)改變其臂長(zhǎng)來(lái)托舉自身。這種設(shè)計(jì)在極度優(yōu)先考慮重量和體積的太空行業(yè)中，由于其高強(qiáng)度重量比，也有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。這個(gè)設(shè)計(jì)想法非常巧妙，我們期待著賓夕法尼亞大學(xué)的進(jìn)一步成果。
2016年，在瑞典斯德歌爾摩召開(kāi)的ICRA 大會(huì)上，來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)GRASP實(shí)驗(yàn)室(general robotics, automation, sensing & perception laboratory at Penn)的Foster Collins 和 Mark Yim展示了“帶有螺旋拉鏈關(guān)節(jié)的機(jī)械臂”。
