清華新聞網(wǎng)7月5日電 柔性微型機(jī)器人具有優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)性、行動(dòng)隱蔽性和可集群化作業(yè)的特點(diǎn)，在災(zāi)后搜救、環(huán)境監(jiān)測(cè)、偵察監(jiān)聽(tīng)等隱蔽狹小空間作業(yè)場(chǎng)合具有極大的應(yīng)用潛力。但是，由于柔性材料具有低剛度、易變形的特點(diǎn)，柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)普遍存在著驅(qū)動(dòng)能力弱、運(yùn)動(dòng)精度差的問(wèn)題，給柔性機(jī)器人的靈活運(yùn)動(dòng)和精確控制帶來(lái)挑戰(zhàn)。
柔性微型機(jī)器人結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖
圖A：柔性微型機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)；圖B：靜電足墊結(jié)構(gòu)；圖C：摩擦力控制原理。
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院先進(jìn)制造學(xué)部張旻、王曉浩團(tuán)隊(duì)和美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校林立偉團(tuán)隊(duì)合作，在前期柔性機(jī)器人壓電諧振高效驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的研究基礎(chǔ)上，提出了利用靜電調(diào)控摩擦力實(shí)現(xiàn)柔性微型機(jī)器人高速轉(zhuǎn)向控制的方法。機(jī)器人全長(zhǎng)30mm，由柔性單晶壓電結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)在機(jī)器人足部添加靜電足墊和機(jī)器人4自由度模型設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)與靜電吸附協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)了482o/s的轉(zhuǎn)向速度和28身長(zhǎng)/s2的轉(zhuǎn)向加速度，達(dá)到了已報(bào)道微型機(jī)器人的最高轉(zhuǎn)向速度，與蟑螂等陸地節(jié)肢動(dòng)物相當(dāng)。此外，機(jī)器人可在5.6秒內(nèi)通過(guò)總長(zhǎng)1.2m的迷宮路徑。
在此基礎(chǔ)上，為了擺脫電纜的束縛，通過(guò)優(yōu)化負(fù)載結(jié)構(gòu)，機(jī)器人進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了無(wú)纜獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。通過(guò)攜帶的控制電路、電池、傳感器等，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)尋跡和軌跡控制。
機(jī)器人執(zhí)行不同任務(wù)演示圖
圖A：拖纜機(jī)器人在5.6秒內(nèi)通過(guò)1.2m長(zhǎng)的迷宮軌道；圖B：拖纜機(jī)器人攜帶氣體傳感器記錄VOC濃度分布；圖C：無(wú)纜機(jī)器人行走“S”形軌跡。
相關(guān)成果近日以“基于靜電足墊的高機(jī)動(dòng)性昆蟲(chóng)尺寸柔性機(jī)器人軌跡控制”（Electrostatic footpads enable agile insect-scale soft robots with trajectory control）為題發(fā)表在《科學(xué)·機(jī)器人》（Science Robotics）上，這是該團(tuán)隊(duì)第二次在《科學(xué)·機(jī)器人》上發(fā)表延續(xù)性工作。清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院張旻副研究員、澳門(mén)大學(xué)鐘俊文助理教授和美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校林立偉教授為本文通訊作者，論文第一作者為清華伯克利深圳學(xué)院2016級(jí)儀器科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)博士生梁家銘和電子科技大學(xué)講師吳一川，論文作者還包括清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院研究員王曉浩，2019級(jí)儀器儀表工程專(zhuān)業(yè)碩士生陳慧敏、苗子聰，2019級(jí)儀器科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)博士生劉含笑等。論文第一單位為清華-伯克利深圳學(xué)院。
論文鏈接：
https://robotics.sciencemag.org/content/6/55/eabe7906.full
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：呂婷
