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哈佛研制出空氣驅動的新款軟體機器人,可探索太空也可搜索救援

哈佛研制出空氣驅動的新款軟體機器人,可探索太空也可搜索救援


 
  哈佛大學在軟體機器人研究上又邁出了重要的一步。
 
  據哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科学学院(下称SEA)官网和Tech Explorist报道,6月2日,哈佛大学约翰·A·保尔森工程与應用科学学院(SEA)的研究人员开发出了最新型的软体機器人,它可以應用于太空探索、搜索和救援系统、仿生学、医学手术与康复等领域。
 
  这款新型機器人由空气驱动,并用一个输入器代替了多个控制系统,使機器人在不受约束的同时,还能简化控制、减轻重量。
 
圖片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS软体機器人被业内视为機器人技术的未来,相较于硬性機器人而言,它有可挤入狭小空间、碰撞后能尽快恢复等优点。
 
  但目前來說,软体機器人在设计上仍有许多局限。其中最大的一个问题就是,软体機器人通常需要拴在输入线上,这意味着它们必须通过提供压缩空气的管道和控制其系统的电线与外部设备相连。但这些管道和电线在很大程度上束缚了软体機器人功能的发挥。
 
  而如今哈佛大学研发的这款软体機器人,则可将其驱动过程大大简化,从而解决这一难题。
 
  该機器人被设计成十字形,有四条“腿”,每条“腿”都相当于一个执行器,各执行器上含有八个由细小通道连接的气室,顶部则留有七条接口,用于接通输送压缩空气的管道。
 
圖片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS这项研究论文发表在《软体機器人学》杂志上。
 
  哈佛大学應用力学教授卡蒂娅·贝尔托迪(Katia Bertoldi)在论文中表示,该项研究首次提出了这种基于流体粘性现象来制造软体機器人的方法。使用该方法的软体機器人其驱动结构将比以往的更为简单、容易。
 
  该方法通过使用不同直径的管子来控制空气在软体機器人装置中的移动速度,即一次性通过其中一个管泵输送相同数量的空气,管的大小将决定空气流动的方式和位置。
 
  比如将三根直径为0.79mm、长度相同的管子接在機器人上,再接通一根直径为0.38mm的长管输送气流。它其中的一条“腿”就能充满空气并弯曲起来,而另外三根上接通的管道由于直径更粗并且长度相同,因此输送压缩空气的时间较短,其余三端可几乎同时鼓起落下。
 
圖片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS不同长度的管子分别接在機器人顶部的接口上,不同的粗细、长度和接通方式都会对機器人的运动方式有所影响。
 
  例如将四条直径均为0.38mm,长度分别为78.6cm(输入空气)、10cm、43.7cm及122.4cm的管子配置于该機器人上,并将这些管子按顺序连接起来,接通压缩空气。
 
  那麽該機器人的執行器最終會按照設定好的順序,即右-上下-左的順序依次進行彎曲,從而向前爬行。
 
圖片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS如果将管子接口的位置和次序调换一下,执行器充气的顺序就会发生变化,利用这一方式,该機器人即可实现不同方向的运动。
 
  此外,由于每個執行器的大小、厚度不盡相同,在輸入等量空氣時,彎曲的程度也不同,因此運動的距離也會有所差別。
 
  但由于輸入壓縮空氣的速度與量是不變的,調控管子就能夠決定空氣輸送的位置和順序。因此它不再需要複雜的空氣壓縮計算和控制。
圖片来源:Bertoldi Lab/Harvard SEAS研究人员尼古拉斯·瓦西奥(Nikolaos Vasios)表示,在这项研究之前,人们还不能在没有独立控制每个驱动器的情况下,通过单独的输入线、压力源以及复杂的驱动过程来构建软体機器人。
 
  该项目是人们朝着完全不受约束的简单驱动软体機器人研发迈出的重要一步。目前哈佛大学正在探索这项技术更多的商业化机会。