马克斯·普朗克智能系统研究所:电动液压蛛形机器人以轻便、快速、高效的自然关节,为机器人系统提供动力

在软机器人研究领域,蜘蛛已经不是第一次成为生物模型了。许多机器人专家和工程师从它们的液压驱动装置中获得灵感。


德国马克斯·普朗克智能系统研究所和美国科罗拉多博尔德大学的一组研究人员现在发现了一种可以利用蜘蛛关节原理来驱动关节式机器人的新方法,这种机器人不需要任何笨重的部件和连接器,因为这会压低机器人的重量,降低其便携性和速度。正是因为它们细长而轻便的简单结构,才能让机器人跳过10倍于自身高度的高度。五月底,研究小组的研究成果发表在《先进科学》杂志上,题目是“可用于快速软驱动关节的蜘蛛型电液驱动器”。


高性能是由蜘蛛启发的电动液压软驱动关节实现的。关节可以用在许多不同的结构上,不仅仅是在创造蜘蛛机器人的时候。在他们的论文中,科学家们展示了一个双向关节,一个多节假肢,和一个三指手爪,它可以很容易地拿起精美的物体。所有的机器人都是轻量级的,设计简单,表现出高性能的特点,是机器人系统的理想选择,因为机器人系统需要快速移动,并与许多不同的环境互动。


研究人员在hasel技术的基础上开发了他们的ses关节,这是以前发明团队建立的人造肌肉。它的关节模仿了蜘蛛的外骨骼机制,由刚性和柔软的元素组成,通过液压力的作用类似于动物的腿部伸展。


他们用薄塑料薄膜(聚酯或聚丙烯都可以)做了一个柔韧的袋子,里面填充了一种液体绝缘体——一种植物油。然后他们在育儿袋的两侧放置电极。这些充满液体的口袋充当驱动器,其中的液压动力是通过静电力产生的。袋子连接在一个旋转接头上。当在电极之间施加高电压时,静电力会使液体电介质在袋子内移动,并使接头弯曲。来让机器人的关节可以旋转70度,产生很大的扭矩,从而可以很容易地恢复到起始位置。


马克斯普朗克智能系统研究所机器人材料部主任克里斯托弗.凯普林格(christophkeplinger)表示:“ses关节非常简单、轻便,因为没有外围部件会拖累机器人。”“软体机器人的许多应用需要多功能的驱动器。这些受蜘蛛启发而设计的接头功能强大,耗电量少,制造简单,成本低廉——我们使用的塑料是用于食品包装的——而且它们的生产很容易扩展。这些品质对于机器人的设计至关重要,机器人可以以许多不同的方式移动,操纵各种各样的物体而不会破坏它们。”


三指手爪是团队使用ses关节展示其多功能性的一个应用。如果研究小组给手爪装上肌肉状结构,它就会挡住手爪抓取的物体。


“这项研究之所以引人注目,是因为我们可以使用各种各样的材料,甚至包括用来制作薯片袋的塑料袋,”出版物的第一作者尼古拉斯·凯拉里斯说“我们研究的最终目标不是制造一个蜘蛛机器人,我们想开发一种可以安装在任何类型的机器人身上的活动关节,特别是对于只有几厘米大小的小型机器人系统来说,有限的空间严重限制了执行器技术的选择,正因如此,这些ses关节将会非常有用。对于软体机器人技术界来说,这项发明是真正的飞跃。”