3D打印軟性機器人可應用于人工肌肉 在線發表在《美國電氣電子工程師學會機器人和自動化快報》上

一只靈巧的“蟲子”，牢牢地抓住圓形管，一伸一縮中蜿蜒前行。其實，這只靈活的“蟲子”是一款采用了天津大學科研人員左思洋、劉建彬課題組研發的新型模塊化柔性驅動方法3D“打印”出來的軟性機器人，可應用于人工肌肉和管道爬行機器人中。該成果今年1月初在線發表在《美國電氣電子工程師學會機器人和自動化快報》上。

軟性機器人因其較高的柔性、對人體安全等優點，近年來得到廣泛關注。3D打印的優勢在于制造復雜形體、復雜結構可一次成型，不需要后續加工。打印免組裝結構，是3D打印技術制造軟性機器人比較典型的應用。

左思洋、劉建彬課題組提出了一種基于薄膜氣缸的新型模塊化柔性驅動方法，可根據具體應用改變排列組合方式以及合理布置連接方案，將其應用于人工肌肉和管道爬行機器人中。

“每一個薄膜氣缸就好比人體的一小塊肌肉，或者爬蟲的一個‘節’，只不過是用熱塑性聚氨酯材料做的。”劉建彬解釋說，如果把這個新型薄膜氣缸結構比喻成一個基本的肌肉單元，根據不同的應用需求對這些單元的連接方式進行組合，就像是把一個個肌肉單元連接起來形成一整塊肌肉，然后再應用于不同場景。

整塊“肌肉”的制造過程采用了3D打印技術，一次成型，省掉了傳統機電設備加工制造中的裝配流程，大幅降低了驅動模塊的制造成本和周期，且具備耗氣量小、動態響應高、可靠性高、對應用場景適應性強等特點。

基于此創意，課題組首先提出了一種新型氣動人工肌肉，可應用于柔性外骨骼等人機交互裝備的驅動中。氣動即以壓縮空氣為動力源，帶動機械完成伸縮或旋轉動作。與傳統氣動人工肌肉相比，該設計最突出的特點是不會產生厚度方向的膨脹，從而避免了對人體的擠壓。

此外，課題組還提出了一種新型氣動管道爬行機器人，可應用于工業管道設施的檢查和實時監控。該管道爬行機器人采用仿生尺蠖原理，通過巧妙布置薄膜氣缸單元之間的連接，實現機器人在管道內、外壁面爬行。柔性驅動方式的應用使該機器人能夠適應大范圍管道直徑的變化，并可應對直管、彎管、豎管、水平管以及各種角度傾斜管的應用場景，同時機器人可承受自重80倍以上負載。

因為采用了氣動方法驅動，軟性機器人只能拖著長長的氣管尾巴工作。如果將傳感器集成到設備中，就能去掉這些氣管尾巴，使機器人更獨立精致。(記者 陳 曦 通 訊 員 劉曉艷)