原標題：寧波材料所新型繩驅(qū)動連續(xù)體機器人研究取得進展
工業(yè)機器人已被越來越多地替代人類重復(fù)性勞動，并取得了很好的效果。但隨著機器人在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，在制造業(yè)和社會服務(wù)領(lǐng)域的部分應(yīng)用場合，對機器人作業(yè)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的剛性機器人由于驅(qū)動裝置（包括電機、減速器等）安裝于機器人關(guān)節(jié)處，導(dǎo)致整體機構(gòu)笨重，且連桿為剛性結(jié)構(gòu)，對人類安全形成了潛在威脅，此外，機器人本體剛度大且難于實現(xiàn)柔順控制，導(dǎo)致其不能很好地適應(yīng)環(huán)境。具有本質(zhì)柔性，結(jié)構(gòu)輕量且靈活性高的柔性協(xié)作機器人可很好地彌補現(xiàn)有工業(yè)機器人的不足，拓展機器人的應(yīng)用領(lǐng)域�，F(xiàn)有的柔性機器人研究大多是采用流體、凝膠、形狀記憶等材料，使機器人能夠在氣壓、電流、磁場等外部輸入的控制下實現(xiàn)大幅度的拉伸收縮，但是一方面由于機器人的柔順性和高精度本身是一對矛盾體，大應(yīng)變的同時必然會導(dǎo)致機器人的控制精度變差，另一方面，由于大的形變很難實現(xiàn)精確測量，因此現(xiàn)有的驅(qū)動材料尚無法做到像生物的肌肉組織一樣既具有本質(zhì)的柔性又能保證控制精度和承載能力，從而導(dǎo)致柔性協(xié)作機器人無法達到實用化的程度。
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所精密驅(qū)動與機器人團隊利用了繩索的高效力傳導(dǎo)以及具有本質(zhì)柔性的特點，研發(fā)了具有多個關(guān)節(jié)模塊的繩索驅(qū)動連續(xù)體機器人臂，繩驅(qū)動機器人臂采用多根輕質(zhì)繩索協(xié)同驅(qū)動，與傳統(tǒng)主動關(guān)節(jié)驅(qū)動的機器人臂不同，繩驅(qū)動機器人臂是由被動關(guān)節(jié)支撐，主動繩索驅(qū)動，由于主動繩索的驅(qū)動裝置全都安裝在機座上，因此繩驅(qū)動機器人臂具有自重輕、轉(zhuǎn)動慣量小和易于實現(xiàn)變剛度控制等優(yōu)點，既能夠產(chǎn)生本質(zhì)安全的運動，也能達到較高的載重-自重比。
繩驅(qū)動連續(xù)體機器人樣機
團隊研發(fā)的繩驅(qū)動機器人臂由8個關(guān)節(jié)模塊組成，可實現(xiàn)16自由度的連續(xù)彎曲變形，可通過控制繩索的張力來改變機器人臂的剛度，機器人臂的中間則采用了液壓軟管作為支撐結(jié)構(gòu)，它既可實現(xiàn)連續(xù)變形又具有在拉、壓、扭轉(zhuǎn)等需要限制變形的方向剛度大的特點，易于實現(xiàn)較高精度的建模與控制。目前，機器人臂驅(qū)動繩索張力可達200N，單個關(guān)節(jié)模塊可承載1.5-2Kg，定位精度可達到±2mm，機器人臂可承載500-1000g，重復(fù)定位精度10-15mm。
繩驅(qū)動連續(xù)體機器人臂具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景，如采用多個繩驅(qū)動關(guān)節(jié)模塊的超冗余機器人臂可以像蛇一樣在狹小的空間操作，可從事如飛機發(fā)動機內(nèi)部檢測和維修任務(wù)等；由于繩索驅(qū)動機器人的電機和控制電路遠離末端執(zhí)行器，易于實現(xiàn)與使用環(huán)境隔離，也非常適應(yīng)環(huán)境惡劣的工作場所等。此外，輕量化、模塊化的變剛度繩驅(qū)動機器人臂也可以應(yīng)用于社會服務(wù)領(lǐng)域，與人類進行安全的交互與協(xié)作，實現(xiàn)人機共融。
