Public Release: 

揭秘!柔性机器人

Science China Press

IMAGE

IMAGE: 空间柔性机器人复合构型示意图 view more 

Credit: ©《中国科学》杂志社

由于传统刚性机器人自由度较少,结构刚度较大,在一些应用上存在某些局限性。近年来,越来越多的专家学者注意到生物的柔性与灵活性,提出了仿生柔性机器人概念,使其成为机器人领域的一个研究热点。上海交通大学的敬忠良教授对柔性机器人的研究与发展进行了综述,并针对空间在轨服务,提出了一种空间柔性机器人构型与操控的概念设计方案。该文发表在SCIENCE CHINA Information Sciences 2017年第5期。

柔性机器人具有高灵活性、可变形性和能量吸收特性等特点,对环境具有较强的适应性。在空间在轨服务中,具有重要的应用价值。

(1)高灵活性(自由度多),能够使得机器人在复杂的空间环境下进行灵巧的运动;
(2)可变形性,能够使机器人完成多种任务,减少航天器的运载成本。
(3)能量吸收特性,在交会对接或人机协同工作时,能够减轻碰撞所产生的作用力,提高安全性。

虽然具有上述优点,但柔性机器人距离真正应用还有许多问题有待解决与突破。

柔性机器人技术发展较快,但目前还主要以实验样机为主。与传统机器人相比,其构型与操控方式独具特色。该文对柔性机器人的构型和操控研究进行了评述,主要介绍了柔性机械臂、柔性爪、仿蚯蚓机器人、仿毛毛虫机器人以及多足机器人等构型。以柔性机械臂为例,主要仿生对象为象鼻、章鱼爪等,这类仿生柔性臂能够灵活地卷起或操作目标。

柔性机器人的操控是难点,无论是执行机构还是控制方法,传统的方式往往无法适用。为了实现复杂的运动,需要使用新型的驱动方式。目前应用于柔性机器人的执行机构类型,包括电活性聚合物、绳驱动器、形状记忆合金以及流体驱动器等。在控制方面,存在的问题更为困难,主要原因在于柔性机器人的模型难以建立,控制变量多,当前的控制方法仅是采用人为给出的控制信号序列进行运动验证,要实现自主地完成各项任务,需要研究与发展新的控制方案。

该文针对空间在轨服务应用需求,提出了一种空间柔性机器人构型与操控概念设计方案。该空间柔性机器人由仿生柔性臂和柔性灵巧爪构成。前者模仿了尺蠖与蛇的生物组合结构,实现了刚柔相济。灵巧爪则模仿了尺蠖的大腹足,用于抓取目标。对于空间柔性操控,给出了分布式感知与类脑神经控制的解决方案。与生物系统类似,大量的传感器嵌入其中,用于感知自身状态与外部环境,神经网络则作为桥梁,连接起感知与控制信号,使该机器人能够自主地完成各项任务。空间柔性机器人的复合构型如图1所示,操控系统控制框图如图2所示。

详情请参见文章 "An overview of the configuration and manipulation of soft robotics for on-orbit servicing", in SCIENCE CHINA Information Sciences 60(5), 050201 http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11432-016-9033-0

相关阅读: 《中国科学:信息科学》英文版2017年第5期“柔性操控专题”:Special Focus on Space Flexible Manipulation and Control for On-orbit Servicing

Two performance enhanced control of flexible-link manipulator with system uncertainty and disturbances SCIENCE CHINA Information Sciences, 2017, 60(5): 050202 https://link.springer.com/article/10.1007/s11432-016-0604-6

Vibration suppression of a large flexible spacecraft for on-orbit operation SCIENCE CHINA Information Sciences, 2017, 60(5): 050203 https://link.springer.com/article/10.1007/s11432-016-9035-0

Analysis and design of parameters in soft docking of micro/small satellites SCIENCE CHINA Information Sciences, 2017, 60(5): 050204 https://link.springer.com/article/10.1007/s11432-016-9034-7

关于深空探测也可阅读《中国科学:信息科学》英文版近期发表的文章: Recursive adaptive filter using current innovation for celestial navigationduring the Mars approach phase. Sci China Inf Sci, 2017, 60(3): 032205, doi: 10.1007/s11432-016-0405-2 https://link.springer.com/article/10.1007/s11432-016-0405-2 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=528739&do=blog&quickforward=1&id=1058662

###

Disclaimer: AAAS and EurekAlert! are not responsible for the accuracy of news releases posted to EurekAlert! by contributing institutions or for the use of any information through the EurekAlert system.