造出機(jī)器人柔性手臂

王海涵 王磊 桂運(yùn)安

讓機(jī)器人打開(kāi)一扇門(mén)有多難？

歷經(jīng)十余年探索，中國(guó)科大自主研發(fā)的低成本軟體機(jī)器人手臂，可以輕松完成生活中的開(kāi)門(mén)、擰瓶蓋、擦玻璃等操縱任務(wù)。

該校計(jì)算機(jī)學(xué)院教授、機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任陳小平團(tuán)隊(duì)的最新研究進(jìn)展發(fā)表在最新一期的機(jī)器人頂刊《機(jī)器人研究國(guó)際雜志》上，展示了軟體機(jī)器人手臂在日常生活中的巨大應(yīng)用潛力，論證了這些年科研成果的可行性。

傳統(tǒng)機(jī)器人大多是剛性機(jī)器人，基于關(guān)節(jié)-連桿結(jié)構(gòu)，自上世紀(jì)60 年代起，在傳統(tǒng)制造業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。近10年來(lái)，智能制造、家政服務(wù)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、救援、安防等市場(chǎng)需求增加，軟體機(jī)器人研究成為機(jī)器人源頭技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

陳小平長(zhǎng)期從事人工智能與機(jī)器人的交叉研究和教學(xué)。2010年，陳小平團(tuán)隊(duì)瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)前景，嘗試將柔性材料應(yīng)用在機(jī)器人的骨骼和肌肉中。

2013年，陳小平團(tuán)隊(duì)提出了蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，這是一種天然的剛?cè)岷弦唤Y(jié)構(gòu)，兼具大形變性、高靈活度、高負(fù)重比和低成本等特性。類似于既柔順靈活又很有力氣的軟體動(dòng)物。

“蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是蜂巢和氣囊的結(jié)合，當(dāng)氣囊充氣時(shí)，依靠蜂巢的結(jié)構(gòu)形變，產(chǎn)生不同方向的彎曲或伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)?！避洐C(jī)器人組博士研究生王展翅說(shuō)，蜂巢氣動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其變形是由構(gòu)成蜂巢的六邊形的折疊、伸展造成的，兼具靈活性，制備簡(jiǎn)單、耐用。

1998年，陳小平開(kāi)始組建中科大機(jī)器人團(tuán)隊(duì)，通過(guò)參加科研性質(zhì)的機(jī)器人比賽培養(yǎng)鍛煉隊(duì)伍。1999年，在瑞典斯德哥爾摩舉辦的世界人工智能聯(lián)合大會(huì)上，他的論文是中國(guó)大陸唯一的入選論文。

2007年，團(tuán)隊(duì)在美國(guó)亞特蘭大獲得機(jī)器人世界杯總分第一。

2008年，陳小平選擇家庭服務(wù)機(jī)器人為長(zhǎng)期研究目標(biāo)，進(jìn)入自主創(chuàng)新階段。最初，團(tuán)隊(duì)在機(jī)器人移動(dòng)底盤(pán)上加裝了一款進(jìn)口的機(jī)械手臂，但發(fā)現(xiàn)手臂太短，且存在安全性、靈活性不足等問(wèn)題。

團(tuán)隊(duì)嘗試自己做一款手臂。他們研發(fā)了一款剛性機(jī)械臂，每個(gè)關(guān)節(jié)上有一套電機(jī)、減速器、控制器。但重量和成本都很高，一臺(tái)機(jī)器人成本至少30萬(wàn)元。

“我們決定研發(fā)一種更靈活、更安全、更輕的柔性手臂。”陳小平回憶，當(dāng)時(shí)論文和書(shū)本里都找不到相關(guān)案例，只能從零開(kāi)始。

經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次嘗試，2013年，他們終于發(fā)現(xiàn)蜂巢氣動(dòng)結(jié)構(gòu)可以滿足相關(guān)特性。之后，陳小平擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)室軟體機(jī)器人組規(guī)模，相繼攻克手臂抖動(dòng)等技術(shù)難題。自主研發(fā)了剛?cè)岷弦坏臋C(jī)器人柔性手爪，可抓握多種形狀、尺寸和材質(zhì)的物體，突破了剛性手爪的局限性。

據(jù)悉，服務(wù)機(jī)器人技術(shù)在智能制造、醫(yī)療康復(fù)，家庭服務(wù)等領(lǐng)域有巨大研究?jī)r(jià)值和廣泛應(yīng)用前景。比如，讓機(jī)器人為不同形狀的產(chǎn)品進(jìn)行表面打磨;對(duì)高鐵、動(dòng)車(chē)、地鐵車(chē)廂進(jìn)行無(wú)死角噴涂;或是給臥床的老人喂飯。

這兩年，在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室里，00后的身影逐漸增多。陳小平很欣慰，他覺(jué)得，當(dāng)更多青年學(xué)生愛(ài)上機(jī)器人研發(fā)，一定會(huì)給機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新積蓄更多活力。

（摘自《中國(guó)青年報(bào)》4.20? ）