能牢牢抓住重物,又能轻轻抓取易碎物品的机械手,通常需要复杂的齿轮、铰链和电机。但事实证明,它也可以用简单的柔性材料制成夹持器,并在其上添加适当的折痕。


亚利桑那州立大学的实验室设计了可以改变刚度和柔韧性的弯曲褶皱图案。用这些图案成形的柔性材料可以用来制造简单、廉价的机械手、游泳机器人和其他机械装置。


新型折纸机器人:既能牢牢抓住重物,又能轻轻抓取易碎物品


人们自然而然地改变了处理易碎和坚固物体所需的刚度。机器人以同样的方式与环境互动。弯曲折叠是一种简单的方法,可以使机器人能够改变刚度,从而与不同的物体和环境进行交互。


我们团队的灵感来自折纸,折纸艺术。折纸可以是硬的或灵活的取决于它的折叠模式,但很难给折纸一个范围的硬度。


为了克服这个问题,我们用弯曲的折痕代替了直折纸折痕。通过在两点之间使用多条曲线而不是一条直线,一个弯曲的折纸结构可以呈现多种形状。我们发现每种形状都有其独特的刚度。例如,基于这种设计,建立一个机器人夹持器可以根据机器人使用的弯曲折痕对物体施加不同的力。与其他变刚度方法相比,该方法简单、紧凑,可用于制造小型、轻型器件。


新型折纸机器人:既能牢牢抓住重物,又能轻轻抓取易碎物品


四个小塑料片的弯曲褶皱,可以形成不同的结构


变刚度是自然界中普遍存在的重要问题,也是工程中的一个关键变量。重型机器人夹持器需要高刚度或低柔性来提升重物。其他机器人夹持器需要低刚度或高柔韧性来保护易碎物体。


在机器人中,在刚性状态和柔性状态之间切换是至关重要的,但目前可调刚度系统通常体积庞大,不能用于微型机器人或软机器人。微型机器人包括昆虫大小的机器人,用于监控基础设施和环境。正在开发的软机器人是由充气或柔性材料制成的,这使得它们更安全地与人一起使用。我们的曲线折纸设计有一个简单的机械结构,使他们易于制造和控制。


新型折纸机器人:既能牢牢抓住重物,又能轻轻抓取易碎物品


传统的机械结构也可以用来改变刚度:例如,由可变气动或电动机驱动的夹持器。我们的工作是第一个实现全范围的刚度控制与简单的结构。


弯曲折纸技术建立在我们以前的折纸灵感的工作基础上,包括折纸为基础的可伸缩锂离子电池和折纸启发的结构,可以根据需要折叠和扩展。


我们在弯曲的折纸结构上增加了更多的遥控功能来触发折叠。我们正在考虑几种不同的方法,如气动、磁力和电子控制。有了车载控制,弯曲折纸可以应用于机器人以外的领域。一种可能性是触觉装置,它可以改变刚度,在虚拟现实中给人真实的力反馈。


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