广告
科学新闻
来自研究机构

灵活而坚固的机器人被设计成像植物一样“生长”

它的可伸缩附属物可以蜿蜒穿过狭窄的空间,然后举起重物

日期:
2019年11月7日
来源:
麻省理工学院
简介:
工程师们已经开发出一种机器人,它可以延伸出一个链状的附件,足够灵活,可以在任何必要的配置中扭曲和转动,但又足够坚硬,可以支撑重物,或者在狭小的空间中施加扭矩来组装零件。当任务完成后,机器人可以收回附属物,并以不同的长度和形状再次伸展它,以适应下一个任务。
分享:
广告

完整的故事

在今天的工厂和仓库里,经常可以看到机器人呼啸而过,将物品或工具从一个工位运送到另一个工位。在大多数情况下,机器人很容易在开放布局中导航。但它们要在狭窄的空间里蜿蜒穿行,完成一些任务要困难得多,比如在杂乱的货架后面伸手拿产品,或者绕着汽车的发动机部件拧开油盖。

现在,麻省理工学院的工程师们已经开发出一种机器人,它可以延伸出一个链状的附件,足够灵活,可以在任何必要的配置中扭曲和转动,但又足够坚硬,可以支撑重物,或者在狭小的空间中施加扭矩来组装零件。当任务完成后,机器人可以收回附属物,并以不同的长度和形状再次伸展它,以适应下一个任务。

附属物的设计灵感来自植物的生长方式,包括以流态化的形式将营养物质输送到植物的尖端。在那里,它们被转化为固体物质,一点一点地产生支撑茎。

同样,机器人由一个“生长点”或变速箱组成,它将松散的连锁块链拉入盒子中。然后,盒子里的齿轮将链单元锁在一起,并将链单元一个接一个地作为刚性附件送出。

本周,研究人员在澳门举行的IEEE智能机器人与系统国际会议(IROS)上展示了这种受植物启发的“生长机器人”。他们设想,可以在机器人的变速箱上安装抓手、摄像头和其他传感器,使其能够在飞机的推进系统中蜿蜒前行,拧紧一个松动的螺钉,或者在不干扰周围库存组织的情况下进入货架,抓取产品,以及其他任务。

麻省理工学院机械工程教授Harry Asada说:“想想给你的汽车换油。”“在你打开发动机顶盖后,你必须足够灵活,可以向左或向右急转弯,到达机油滤清器,然后你必须足够强壮,可以拧开机油滤清器盖,把它取下来。”

“现在我们有了一个可能完成这些任务的机器人,”浅田实验室的前研究生严同喜(音)说,他领导了这项工作。“它可以生长,收缩,再生长成不同的形状,以适应它的环境。”

该团队还包括麻省理工学院的研究生艾米丽·卡米恩斯基和访问学者特希原诚一,他们在会议上发表了研究结果。

最后一脚

新机器人的设计是浅田在解决“最后一脚问题”方面工作的一个分支。“最后一脚问题”是一个工程术语,指的是机器人任务或探索任务的最后一步。虽然机器人可能花费大部分时间穿越开放空间,但其任务的最后一步可能涉及更灵活的导航,通过更紧凑、更复杂的空间来完成任务。

工程师们设计了各种概念和原型来解决最后一英尺的问题,包括由柔软的气球状材料制成的机器人,这些材料像藤蔓一样生长,可以挤过狭窄的缝隙。但浅田说,这种柔软的可扩展机器人不够坚固,无法支撑“末端执行器”,也无法支撑诸如抓手、摄像头和其他执行任务所必需的附加组件,一旦机器人慢慢地到达目的地。

“我们的解决方案实际上不是软的,而是对刚性材料的巧妙利用,”浅田说,他是福特基金会的工程学教授。

链的链接

一旦该团队定义了植物生长的一般功能元素,他们就希望在一个可扩展的机器人中模仿一般意义上的植物生长。

浅田说:“机器人的实现与真正的植物完全不同,但在一定的抽象层面上,它展示了同样的功能。”

研究人员设计了一个齿轮箱来代表机器人的“生长尖端”,类似于植物的芽,在那里,随着更多的营养物质流向这个地方,尖端会产生更坚硬的茎。在盒子里,他们安装了一个由齿轮和马达组成的系统,该系统可以拉起一种流化材料——在这种情况下,3d打印的塑料单元的弯曲序列相互连接,类似于自行车链。

当链条被送入盒子时,它会转动一个绞车,绞车通过第二组电机将链条中的某些单元锁定在相邻单元上,当链条被送入盒子时,就会形成一个刚性的附体。

研究人员可以对机器人进行编程,使其将某些单元锁定在一起,而不打开其他单元,形成特定的形状,或向特定方向“生长”。在实验中,他们能够对机器人进行编程,使其在障碍物从基座伸出或伸出时绕过障碍物。

“它可以被锁在不同的地方,以不同的方式弯曲,并有广泛的运动,”严说。

当链条被锁住并变得坚硬时,它的强度足以支撑一磅重的重物。研究人员说,如果在机器人的生长尖端或变速箱上安装一个抓手,机器人可能会长得足够长,可以在狭窄的空间里蜿蜒行走,然后施加足够的扭矩来松开螺栓或拧开盖子。

卡米恩斯基说,汽车维修就是机器人可以协助的一个很好的例子。“引擎盖下的空间相对开放,但这是你必须绕过发动机缸体或其他东西到达机油滤清器的最后一点,固定臂无法绕过。这个机器人可以做类似的事情。”

广告

故事来源:

材料所提供的麻省理工学院。Jennifer Chu原创。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


引用此页

麻省理工学院。“灵活而坚固的机器人被设计成像植物一样‘生长’:它的可伸缩附属物可以蜿蜒穿过狭窄的空间,然后举起重物。”《科学日报》。《科学日报》,2019年11月7日。< www.koonmotors.com/releases/2019/11/191107155959.htm >。
麻省理工学院。(2019年11月7日)灵活而坚固的机器人被设计成像植物一样“生长”:它的可伸缩附属物可以蜿蜒穿过狭窄的空间,然后举起重物。《科学日报》。2023年6月21日检索自www.koonmotors.com/releases/2019/11/191107155959.htm
麻省理工学院。“灵活而坚固的机器人被设计成像植物一样‘生长’:它的可伸缩附属物可以蜿蜒穿过狭窄的空间,然后举起重物。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2019/11/191107155959.htm(2023年6月21日访问)。

探索更多的
从科学日报

有关的故事

广告