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在當今的工廠和倉庫中，經(jīng)?？吹綑C器人在四處亂竄，將物品或工具從一個站點運送到另一個站點。在大多數(shù)情況下，機器人可以在開放和已知的布局中輕松導(dǎo)航。但要ta們在狹窄的空間里完成任務(wù)，比如在雜亂的貨架后面伸手去拿產(chǎn)品，或者繞著汽車的發(fā)動機零件去擰下機油蓋，則要困難得多。
現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的工程師已經(jīng)開發(fā)出一種機器人，該機器人的設(shè)計目的是使鏈狀附件延伸得足夠靈活，以使其能夠扭曲和轉(zhuǎn)動任何必要的配置，同時又具有足夠的剛性以支撐重負載或施加扭矩以在狹窄的空間中組裝零件。任務(wù)完成后，機器人可以收回附件，并以不同的長度和形狀再次將其伸出以適應(yīng)下一個任務(wù)。
可以對新的“生長機器人”進行編程，以根據(jù)從“生長”或齒輪箱鎖定并送出的鏈條單元的順序，在不同方向上生長或延伸。
附屬物的設(shè)計靈感來自于植物的生長方式，其中涉及以流化形式將營養(yǎng)物輸送到植物的頂端。在那里，它們被轉(zhuǎn)化為固體材料，以一點一點地產(chǎn)生支撐莖。
同樣，機器人由“生長點”或變速箱組成，該變速箱將松動的互鎖塊鏈拉入盒子。然后，盒子中的齒輪將鏈條單元鎖定在一起，并以剛性附件的形式逐個將鏈條送出。
論文
研究人員于本周在澳門舉行的IEEE智能機器人與系統(tǒng)會議(IROS)上介紹了這種受植物啟發(fā)的“生長機器人”。他們設(shè)想可以將抓取器，攝像頭和其他傳感器安裝到機器人的變速箱上，從而使其能夠蜿蜒穿過飛機的推進系統(tǒng)并擰緊松動的螺釘，或者在不干擾周圍庫存組織的情況下，伸手到架子上抓取產(chǎn)品，以及其他任務(wù)。
麻省理工學(xué)院機械工程學(xué)教授哈里·阿薩達(Harry Asada)說：“想想更換車內(nèi)機油的場景：你打開發(fā)動機車頂后，必須足夠靈活，使左旋和右轉(zhuǎn)，才能到達機油濾清器，然后你必須足夠有力，扭轉(zhuǎn)機油濾清器蓋以去除機油濾清器蓋。”
“現(xiàn)在，我們有了一個可以輕松完成這些任務(wù)的機器人，”領(lǐng)導(dǎo)這項工作的淺田研二郎實驗室的前研究生閆同喜(Tongxi Yan)說。“它可以增長，收縮和再次增長為不同的形狀，以適應(yīng)其環(huán)境。”
該團隊還包括麻省理工學(xué)院的研究生Emily Kamienski和訪問學(xué)者Seiichi Teshigawara，他們在會議上介紹了該成果。
后一腳
新機器人的設(shè)計是Asada解決“后一只腳問題”工作的一個分支，這是一個工程術(shù)語，指機器人任務(wù)或探索任務(wù)的后一步或后一只腳。雖然機器人可能會花費大部分時間穿越開闊的空間，但其任務(wù)的后一步往往可能需要更靈活的導(dǎo)航，以便在更緊密、更復(fù)雜的空間來完成任務(wù)。
工程師們已經(jīng)設(shè)計出各種各樣的概念和原型來解決后一只腳的問題，包括用柔軟的氣球狀材料制成的機器人，這些材料能像藤蔓一樣生長，可以擠過狹窄的縫隙。但Asada說，這種軟擴展機器人不夠堅固，不足以支持“末端執(zhí)行器”，或如抓取器、攝像頭和其他傳感器等附加裝置，一旦機器人已經(jīng)爬到目的地，將是必要的執(zhí)行任務(wù)，這些都需要末端執(zhí)行器執(zhí)行。
同樣兼任福特基金會(Ford Foundation)工程學(xué)教授的阿薩達(Asada)說：“我們的解決方案實際上不是軟性材料的應(yīng)用，而是巧妙地使用剛性材料。”
鏈節(jié)
一旦研究小組確定了植物生長的一般功能要素，他們就試圖在一個可擴展的機器人中從一般意義上模仿這一點。
Asada說：“機器人的實現(xiàn)過程與真實工廠場景下可能完全不同，但是在某種抽象水平上，它表現(xiàn)出相同的功能。”
研究人員設(shè)計了一個變速箱來代表機器人的“正在生長的”，類似于植物的芽，隨著越來越多的營養(yǎng)素流向該部位，將產(chǎn)生更堅硬的莖。在盒子內(nèi)，它們裝有齒輪和電動機系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于拉起流化的材料，同時彎曲的3D打印塑料單元序列相互連鎖，類似于自行車鏈條。
當鏈條被送入箱子時，它會轉(zhuǎn)動一個絞盤，絞盤通過第二組電機將鏈條中的某些單元鎖定到它們的相鄰單元，從而在鏈條被送入箱子時形成一個剛性附件。
研究人員可以對機器人進行編程，以將某些單元鎖定在一起，而其他單元則保持解鎖狀態(tài)，以形成特定形狀或在某些方向“生長”。在實驗中，他們能夠?qū)C器人進行編程，以使其繞著障礙物從其基座延伸或擴展時轉(zhuǎn)過身。
Yan說：“它可以鎖定在不同的地方，以不同的方式彎曲，并具有廣泛的運動范圍。”
當鏈條被鎖定并且是剛性的時候，它的強度足以支撐沉重的一磅重物體。研究人員說，如果將抓取器連接到機器人不斷增長的或變速箱上，則該機器人可能會長得足夠長，以在狹窄的空間內(nèi)蜿蜒而行，然后施加足夠的扭矩來松開螺栓或松開蓋子。
Kamienski認為，汽車維修是機器人可以完成任務(wù)的一個很好例子。“引擎蓋下的空間相對開闊，但后一點是必須在發(fā)動機缸體周圍導(dǎo)航或到達機油濾清器，固定臂無法在周圍導(dǎo)航。這臺機器人卻可以做到類似的事。”
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