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3D打印軟性機器人可應(yīng)用于人工肌肉在線發(fā)表在《美國電氣電子工程師學(xué)會機器人和自動化快報》上

2021-02-01 16:37:23來源：科技日報

一只靈巧的“蟲子”，牢牢地抓住圓形管

，一伸一縮中蜿蜒前行。其實

，這只靈活的“蟲子”是一款采用了天津大學(xué)科研人員左思洋

、劉建彬課題組研發(fā)的新型模塊化柔性驅(qū)動方法3D“打印”出來的軟性機器人

，可應(yīng)用于人工肌肉和管道爬行機器人中。該成果今年1月初在線發(fā)表在《美國電氣電子工程師學(xué)會機器人和自動化快報》上

。

軟性機器人因其較高的柔性

、對人體安全等優(yōu)點，近年來得到廣泛關(guān)注

。3D打印的優(yōu)勢在于制造復(fù)雜形體、復(fù)雜結(jié)構(gòu)可一次成型

，不需要后續(xù)加工

。打印免組裝結(jié)構(gòu)，是3D打印技術(shù)制造軟性機器人比較典型的應(yīng)用

。

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(qū)動方法，可根據(jù)具體應(yīng)用改變排列組合方式以及合理布置連接方案

，將其應(yīng)用于人工肌肉和管道爬行機器人中。

“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。”劉建彬解釋說

，如果把這個新型薄膜氣缸結(jié)構(gòu)比喻成一個基本的肌肉單元

，根據(jù)不同的應(yīng)用需求對這些單元的連接方式進行組合，就像是把一個個肌肉單元連接起來形成一整塊肌肉

，然后再應(yīng)用于不同場景。

整塊“肌肉”的制造過程采用了3D打印技術(shù)

，一次成型

，省掉了傳統(tǒng)機電設(shè)備加工制造中的裝配流程，大幅降低了驅(qū)動模塊的制造成本和周期

，且具備耗氣量小

、動態(tài)響應(yīng)高、可靠性高

、對應(yīng)用場景適應(yīng)性強等特點

。

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(yīng)用于柔性外骨骼等人機交互裝備的驅(qū)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(zhuǎn)動作

。與傳統(tǒng)氣動人工肌肉相比

，該設(shè)計最突出的特點是不會產(chǎn)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(yīng)用于工業(yè)管道設(shè)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(nèi)

、外壁面爬行。柔性驅(qū)動方式的應(yīng)用使該機器人能夠適應(yīng)大范圍管道直徑的變化

，并可應(yīng)對直管

、彎管

、豎管

、水平管以及各種角度傾斜管的應(yīng)用場景，同時機器人可承受自重80倍以上負載

。

因為采用了氣動方法驅(qū)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(shè)備中

，就能去掉這些氣管尾巴

，使機器人更獨立精致

。(記者陳曦通訊員劉曉艷)

責(zé)任編輯：孫知兵

關(guān)鍵詞：3D打印軟性機器人人工肌肉

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