帮助软体机器人根据需求变成刚性机器人

通过计算机模拟，麻省理工学院的研究人员开发了一种可以根据需要变成刚性的软体机器人。这种方法可以使新一代机器人成为可能，将刚性机器人的强度和精度与柔性机器人的流动性和安全性结合起来。机器人专家通常必须决定是为特定的任务设计硬机器人还是软机器人。但这种权衡可能不再必要了。

该论文的第一作者、麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的博士后詹姆斯·伯恩(James Bern)说:“这是尝试看看我们是否能两全其美的第一步。”伯尔尼将在下个月的IEEE软机器人国际会议上展示这项研究。伯尔尼的导师丹妮拉·罗斯(Daniela Rus)是CSAIL主任，也是电气工程和计算机科学的安德鲁和埃尔纳·维特比教授，她是这篇论文的另一位作者。

机器人专家已经试验了无数种操作软体机器人的机制，包括在机器人手臂上充气的气球状腔室，或者用真空密封的咖啡渣抓取物体。然而，软机器人技术尚未解决的一个关键挑战是控制——如何驱动机器人的执行器以实现给定的目标。

直到最近，大多数软体机器人都是人工控制的，但在2017年，伯尔尼和他的同事们提出，可以用算法来控制机器人。通过模拟来帮助控制一个电缆驱动的软机器人，他们为机器人选择了一个目标位置，并让计算机计算出为了到达那里，每根电缆需要拉多少。每当我们伸手拿东西时，我们的身体都会发生类似的过程:手的目标位置会转化为手臂肌肉的收缩。

现在，Bern和他的同事们正在使用类似的技术来提出一个超越机器人运动的问题:“如果我以正确的方式拉电缆，我能让机器人表现得僵硬吗?”伯恩说，他可以——至少在计算机模拟中——这要感谢来自人类手臂的灵感。单独收缩二头肌可以使你的肘部弯曲到一定程度，同时收缩二头肌和三头肌可以将你的手臂僵硬地锁定在那个位置。简而言之，“你可以通过拉伸物体的两侧来获得刚度，”伯恩说。所以，他把同样的原理应用到他的机器人上。

研究人员的论文提出了一种同时控制电缆驱动软机器人的位置和刚度的方法。这种方法利用了机器人的多根电缆——用一些电缆来扭转和转动身体，同时用其他电缆相互平衡来调整机器人的刚性。伯尔尼强调，这一进步并不是机械工程的革命，而是控制电缆驱动的软机器人的新转折。

他说:“这是一种直观的方式，可以扩展你如何控制一个软体机器人。”“它只是把(按需应变的刚性)这种想法编码成计算机可以处理的东西。”伯尔尼希望他的路线图有一天能让用户像控制机器人的运动一样轻松地控制机器人的刚性。

在电脑上，伯恩用他的路线图模拟了各种形状机器人的运动和刚度调整。他测试了机器人在加固后，在被推时抵抗位移的能力。一般来说，机器人仍然像预期的那样刚性，尽管它们从各个角度都不具有相同的抵抗力。

伯尔尼正在建造一个机器人原型来测试他的刚性按需控制系统。但他希望有一天能把这项技术带出实验室。伯尔尼说:“与人类互动绝对是软机器人的一个愿景。”伯尔尼指出，机器人在照顾人类病人方面的潜在应用，机器人的柔软性可以提高安全性，而它变得僵硬的能力可以在必要时提升。

伯尔尼说:“核心信息是使控制机器人的刚度变得容易。”“让我们开始制造安全的软体机器人，但也可以按需行事，扩大机器人可以执行的任务范围。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com。

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