天津大學最新研發(fā)：3D打印軟性機器人

來源：中國青年報

像一只靈巧的尺蠖,，牢牢地抓住圓形管,，在一伸一縮中蜿蜒前行,。這是采用天津大學科技工作者研發(fā)的一種新型模塊化柔性驅動方法并用3D打印機直接“打印”出來的軟性機器人。

軟性機器人因其較高的柔性和對人體安全等優(yōu)點,，在近幾年得到了持續(xù)廣泛的關注,。而3D打印的優(yōu)勢就是制造復雜形體,、復雜結構而且不需要后續(xù)加工，可一次成型,。打印免組裝結構,，是3D打印技術制造軟性機器人近年來一個比較典型的應用。

(圖片說明：基于薄膜氣缸的新型氣動人工肌肉設計理念及其應用場景)

近日,，天津大學左思洋,、劉建彬課題組提出了一種基于薄膜氣缸的新型模塊化柔性驅動方法，并通過根據(jù)具體應用改變排列組合方式以及合理布置連接方案,，將其應用于人工肌肉和管道爬行機器人中,。該方法基于一次3D打印成型的制造技術，省掉了傳統(tǒng)機電設備加工制造中的裝配流程,，大幅降低了驅動模塊的制造成本和周期,，且具備耗氣量小、動態(tài)響應高,、可靠性高,、對應用場景適應性強等特點。該成果2021年1月初在線發(fā)表在《美國電氣電子工程師學會機器人和自動化快報（ IEEE Robotics and Automation Letters）》上,。

(圖片說明：基于薄膜氣缸的管道爬行機器人設計理念)

“每一個薄膜氣缸就好比人體的一小塊肌肉,，或者爬蟲的一個‘節(jié)’，只不過是用熱塑性聚氨酯材料做的,�,！眲⒔ū蚪忉屨f，采用這種新型薄膜氣缸結構是團隊的“奇思妙想”,，如果把這個結構比喻成一個基本的肌肉單元,，那根據(jù)不同的應用需求再對這些單元的連接方式進行排列組合和布局連接，就像是把一個個的肌肉單元連接起來形成一整塊肌肉,，然后再應用于不同場景,，而整塊“肌肉”的制造過程則采用了3D打印技術，一次成型,。

基于此創(chuàng)意,，課題組首先提出了一種新型氣動人工肌肉，可應用于柔性外骨骼等人機交互裝備的驅動中,。氣動即以壓縮空氣為動力源,，帶動機械完成伸縮或旋轉動作。與傳統(tǒng)氣動人工肌肉相比,，該設計最突出的特點是不會產生厚度方向的膨脹,，從而避免了對人體的擠壓,。此外,，課題組還提出了一種新型氣動管道爬行機器人,，可應用于工業(yè)管道設施的檢查和實時監(jiān)控。該管道爬行機器人采用仿生尺蠖原理,，通過巧妙布置薄膜氣缸單元之間的連接,，實現(xiàn)機器人在管道內、外壁面爬行,。柔性驅動方式的應用使該機器人能夠適應大范圍管道直徑的變化,，并可應對直管、彎管,、豎管,、水平管以及各種角度傾斜管應用場景，同時機器人可承受自重80倍以上負載,。

因為采用了氣動的方法驅動,，軟性機器人只能拖著長長的氣管尾巴工作。如果將傳感器集成到設備中,，也就能去掉這些氣管尾巴,，使機器人更獨立精致，而這是科學家們未來的努力方向,。