IROS 2016 | 機(jī)器人也是攀巖好手，斯坦福大學(xué)打造微型多刺抓爪

早在十多年前，來(lái)自斯坦福大學(xué)的機(jī)器人專(zhuān)家就開(kāi)始用極小的刺陣列幫助攀巖機(jī)器人抓握粗糙的表面。此后，這類(lèi)微型多刺抓爪被應(yīng)用于各種機(jī)器人的研究中。近期，連 NASA 都意識(shí)到微型多刺抓爪是幫助宇宙飛船附著于小行星的上上策。

兩天前，在舉辦于韓國(guó)的 IROS 2016 智能機(jī)器人與系統(tǒng)國(guó)際會(huì)議上，來(lái)自斯坦福大學(xué)的 Shiquan Wang 展示了一款針對(duì)攀巖機(jī)器人的微型多刺手掌。這種微型刺支撐的重量可以達(dá)到舊式設(shè)計(jì)的四倍，如此卓越的進(jìn)步足以讓噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的 RoboSimian DRC 機(jī)器人成為攀巖冠軍。是的！有了這種微型多刺手掌的幫助，RoboSimian DRC 機(jī)器人不僅可以爬上斜坡，還能在垂直的巖石表面攀爬，甚至連陡峭的懸?guī)r也難不倒它！

實(shí)際上，這種微型刺的運(yùn)作原理類(lèi)似于小爪子。雖然每個(gè)刺都又細(xì)又短，抓握面積不大，但是只要總數(shù)夠多，就可以支撐（或者說(shuō)承受）極大的重量，正所謂眾人拾柴火焰高嘛。前一代的微型刺設(shè)計(jì)，包括NASA用于小行星重定向任務(wù)（Asteroid Redirect Mission）的那些微型刺的柔性都非常高，它們可以通過(guò)讓每個(gè)微型刺找到自己專(zhuān)屬的微小抓握點(diǎn)，抓住粗糙至極的表面。這種柔性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用面非常廣，性能也相對(duì)穩(wěn)定。但因?yàn)槿嵝詸C(jī)制使得微型刺的整體變得比較笨重，所以能塞入抓爪的微型刺的數(shù)量就少了。

來(lái)來(lái)來(lái)！近距離看看這些微型多刺抓爪。

如果你想要支撐起盡可能大的重量，從而進(jìn)行諸如攀巖這樣的活動(dòng)的話(huà)，就需要在表面插入盡可能多的刺來(lái)支撐重量，換句話(huà)說(shuō)，你必須要采用其它的設(shè)計(jì)了。這正是斯坦福大學(xué)決定設(shè)計(jì)新型抓爪設(shè)計(jì)的原因：如果去除刺幾乎所有的柔性，就能夠大大提高刺的密度。刺的表面積占比下降了，但因?yàn)槟苋M(jìn)總量更多的刺，所以最終hold住的重量會(huì)大得多。

左圖對(duì)比了舊款的刺機(jī)制設(shè)計(jì)（上）和新款的線(xiàn)性約束設(shè)計(jì)（下）；右圖則顯示刺磚片（上）和單個(gè)帶有微型彈簧的刺（下）

這些新刺的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單明了：每根15毫米長(zhǎng)的鋼刺套入3D打印的套管，連接彈簧會(huì)將其下壓到它嘗試抓握的表面。柔性軸能夠輔助刺抓握粗糙的表面，60根刺會(huì)形成一個(gè)面積為18毫米 x 18毫米的“磚片”。然后，十二個(gè)磚片會(huì)共同組成這個(gè)手掌原型，每個(gè)磚片都有些許回旋的空間，這有助于它更好地優(yōu)化負(fù)載分配。所有的刺都會(huì)稍稍?xún)A向手掌抓握的表面，這意味著它們會(huì)在有力量施加到手掌的時(shí)候發(fā)揮作用，而一旦力量往相反方向抽離，手掌也能夠輕松脫離表面。

研究人員在九種不同的表面上對(duì)這個(gè)完整的手掌原型進(jìn)行了測(cè)試，取得了高達(dá)710N的剪切附著力，相當(dāng)于舊式設(shè)計(jì)的四倍多。除了極其平滑或者粗糙的表面，它還適用于包括混凝土面層在內(nèi)的多數(shù)巖石表面。接下來(lái)，該手掌將運(yùn)用到包含被微型刺覆蓋的柔性手指和腳趾上。

至于未來(lái)，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的RoboSimian機(jī)器人將利用這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)什么樣的功能，我們拭目以待。

via IEEE Spectrum

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