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浏览次数:90 时间:2019-10-12

如今,由美国科罗拉多大学物理学家ChristophKeplinger领导的团队将两种技术的优点“嫁接”在一起,创建了像肌肉一样的软体制动器。其能利用电力驱动小袋子中液体的流动。这种设计很简单。制动器从含有绝缘液体(比如来自超市的常规菜籽油)的小塑料袋子开始。当研究人员在放置于袋子两侧上的电极之间施加电压时,它们被吸到一起,从而挤压液体并导致其流向附近区域。该方法的要点在于制动器能改变形状,并且和其相连的任何物体都能移动。

实验结果显示,该软体机器人具有与生物体类似的垂直爬壁、水平爬行、原地转弯能力和敏捷的环境适应运动能力,在竖直狭小空间中的探测、搜救和墙面清理方面展现了潜在应用前景。

科学家提出3种新型软体肌肉设计

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机器人正在掌握一种新的软权力。研究人员为其配备了一种和人类肌肉一样能提供力量和敏捷性的新型肌肉。这种肌肉不会压到并且破坏操控的物体,因此或许有一天能帮助新一代软体机器人执行复杂的任务——从采摘水果到帮助老年人。

上海交通大学朱向阳、谷国迎团队与麻省理工学院赵选贺团队合作,研制了首个由介电弹性体人工肌肉和静电吸附脚掌构成的软体爬壁机器人(自重2g,身长85mm),其中介电弹性体人工肌肉用于驱动机器人本体的快速周期运动,静电吸附脚掌用于产生时间和空间可控的静电吸附力,机器人的稳定快速爬壁运动由介电弹性体人工肌肉和静电吸附脚掌的协同控制来实现。

两种软体肌肉技术跳到台前:能将气体或者液体泵入软袋以创建特定动作的气压传动装置,以及在绝缘软塑料周围应用电场从而使其跟着特定动作变形、被称为介电弹性体驱动器的设备。虽然气压传动装置力量很大并且很容易制造,但抽运器可能会很笨重,移动气体和液体也会很缓慢。虽然介电弹性体驱动器速度很快且节省能量,但经常在一股电流将塑料烧毁时出现灾难性的“停工”。

该研究工作得到了国家优秀青年基金项目、国家自然科学基金委共融机器人重大研究计划重点项目和上海市科委“科技创新行动计划”基础研究项目的资助。

机器人,尤其是被用于制造业的机器人,一直擅长执行需要很大力气的重复性任务,比如将轿车底盘焊接在一起。不过,它们的动作往往是僵硬的,不适合力量需要变化的任务。它们还可能对靠其太近的人带来危险。机器人技术研究人员正试图创建更加柔软且能同人类一起工作的机器人,甚至是帮助瘫痪的人行走的假肢。

软体爬壁机器人的设计和工作原理:(A)结构设计;(B)爬壁原理;(C)协同控制策略;(D)玻璃爬壁实验示意;(E)带10g负载爬壁实验示意

Keplinger和同事在《科学》和《科学—机器人学》杂志上的两篇论文中报告称,他们创建了3种可同哺乳动物骨骼肌的精度和力量媲美的软体肌肉设计。在发表于《科学》杂志的论文中,他们证实,一系列环形制动器拥有使机器人手爪采摘并且拿住树莓的灵活性。他们还表示,如果电弧放电在电极之间的绝缘液体中发生,任何损坏都能在放电停止时被及时修复。而在《科学—机器人学》杂志上,Keplinger团队报告称,他们创建了另外两种和人类二头肌一样能实现线性收缩的肌肉设计,从而使其举起远超体重的东西。

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