硬软桥接：机械亚材料实现软机器人刚性扭矩传递
机器人学
2024-12-04 v1
摘要
扭矩和连续旋转是刚性机器人中用于作动和操作的基本方法。软机器人机臂采用软质材料和结构，模拟生物机臂的被动柔顺性，能够弯曲伸展。这种柔顺性使软机臂无法持续向环境传递和施加扭矩。本文展示了如何通过结构图案而非固有的材料特性，使软机器人机臂在持续传递扭矩给环境的同时保持柔顺性。我们制造了一个由两块机械亚材料组成的软机器人机臂，这些亚材料充当柔顺的恒定速度关节。该关节在扭转刚度比屈曲刚度高达 52 倍，可弯曲至 45°。该机器人机臂在其他所有方向变形时，能够持续传递扭矩。机械设计实现了在轨迹跟踪中具有高重复性（0.4 mm 和 0.1°）的运动。随后，我们训练了一个神经网络来学习逆运动学，使机臂能够完成既有软机器人难以实现的任务，如灯泡安装、螺栓拧紧和阀门转动。该机臂的被动柔顺性使其在人体周围安全，并提供了机械智能，使其在操作物体时能够适应误差。本工作将软硬机器人桥接起来，适用于人机协作、仓储自动化和极端环境。
引用
@article{arxiv.2412.02650,
title = {Bridging Hard and Soft: Mechanical Metamaterials Enable Rigid Torque Transmission in Soft Robots},
author = {Molly Carton and Jakub F. Kowalewski and Jiani Guo and Jacob F. Alpert and Aman Garg and Daniel Revier and Jeffrey Ian Lipton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.02650},
year = {2024}
}