随着科学技术的快速发展，近年来各行各业都能看到机器人的身影，逐渐改变了人们的生产和生活。其中，大多数机械臂由长直管和活动关节的某种组合组成，因为人的四肢是以相同的方式结构的，是巧妙高效的设计。通过添加更多的管道和关节(或自由度)，可以提高臂的多功能性，但成本是复杂性、重量和成本的增加。

伦敦帝国理工学院REDS实验室的研究人员介绍了围绕锻造结构而不是刚性结构的机器人，不需要增加额外度就能提高手臂的通用性和自由度。这种设计使机械臂不受静态管和关节的限制，可以重新配置机器人，根据需要完全设置，随时随地都可以简单地变更。相关研究成果已于2020年ICRA发布，题目为可锻机器人设计和工作区表征。

照片来源:伦敦帝国理工学院。

据介绍，本臂可弯曲部分的内部由一层一层的涤纶膜片组成，这些膜片被切成膜片并相互堆叠，使每个膜至少与11个其他膜重叠。PET膜很滑，大多数情况下，翼可以相互平滑移动，从而调节臂的形状。翼子密封在乳胶膜之间，当空气从膜之间抽出时，相互向下压力使整个结构变硬，将其本身锁定为放入的任何形状。

该系统的优点是软机器人和刚性机器人的组合，可以获得软系统的灵活性(物理和隐喻)，不需要处理所有的控制问题。其机械比任何系统(如混合系统)复杂，但节约成本，缩小尺寸，减轻重量，减少必要的执行器(多为故障点)的数量。

研究人员指出，大多数串行机器人手臂有6个或更多的自由(DoF)(通常是旋转关节)，但执行任务通常只有2个或3个自由。可以实现灵活性和适应任务但保持低自由度系统的简单机械臂，以及医疗应用的可变刚性连续机器人的快速开发，启发了可扩展机器人的想法。

照片来源:伦敦帝国理工学院。

可扩展的机械臂可以用什么方法提供独特的优势，哪些潜在的应用程序可以利用这些优势？可扩展的机器人不需要在任务中直接使用额外的大量关节，因为可扩展的机器人提供了机械臂的灵活链接，可扩展的机器人可以完成多项传统任务。

这使得机械臂的外形尺寸更小，包括机器人的重量和占地面积，以及由于更少的关节组成，动力需求和机器人成本降低，同时不牺牲适应性。这使该机器人成为重要场景的理想选择。例如，在宇宙机器人中(节约的每公斤都很重要)或者在康复机器人中，降低成本促进采用。

与传统万向节之间的刚性链接相比，使用可延伸链接的缺点是可延伸链接的刚性比等效的实心钢制刚性链接弱得多，是重点关注的领域之一，影响机器人的运动精度和准确性。

基于此，研究人员创建了目前可变刚度连杆，长约800mm，直径50mm，适用于延展性机器人和中小型工作空间。目前，这种精度的评价结果是理想的，但由于包装膜弯曲时产生皱纹，整个可扩展链接可能无法获得均匀的刚性。正如SCARA拓扑结果证明的，可能会发生轻微的结构变化，从而降低精度。

机器人有什么办法知道自己的形状吗？潜在，这个系统可以用某种方法重新配置自己吗？目前，研究人员使用运动跟踪计算机器人拓扑，并在机器人关节上放置标记。通过使用距离几何学，可以获得机器人的正反运动学，控制机器人的末端执行器。理想的情况下，研究者希望开发不需要运动跟踪照相机的系统。

照片来源:伦敦帝国理工学院。

关于机器人本身的重新配置，研究人员称之为固有延展性链接，已经证明了许多控制连续体结构的方法，如使用正压或通过肌腱线，但不仅是关节位置，也是解决这个问题的主要障碍。但而，研究人员希望看到可塑性机器人未来的发展能够解决这个问题。

其次，研究团队的主要目标是完善机器人的运动学，提供强大完整的系统，使用户能够协助重建机器人，同时达到机器人系统预期的精度。目前，可扩展的机器人研究仍然是一个新的领域，为其进一步开发和优化提供了许多机会。

转载:今日头条 电器技术