以流体驱动全柔性人工肌肉
2021-04-16

浙江大学机械工程学院教授邹俊的主攻方向是软体机器人,2019年1月,AdvancedMaterialsTechnologies在封面刊登论文《真空驱动的软气动柔性扭转执行器,赋予软体机器人新的功能》“Vacuum‐PoweredSoftPneumaticTwistingActuatorstoEmpowerNewCapabilitiesforSoftRobots”,他是该论文的通讯作者,文中描述了一种由真空驱动的柔性扭转执行器。
該研究的立项起因在于,传统硬体机器人的抓手如波士顿机器狗,主要依靠机械电机关节来改变其抓取方向,而软体机器人却缺少类似的“柔性关节”,因此灵活性会受限。
虽然已有部分软体机器人拥有柔性抓手,但普遍比较“死板”,比如只有物体处于特定摆放角度才能被抓手抓住,因此柔性关节设计非常有必要。
基于此,邹俊开始投入研究,一开始他们曾提出一种刚柔结合的设计方案——在执行器的4条棱边中,插入四根由PLA(Polylacticacid,聚乳酸)制作的倾斜杆,执行器气室被抽成真空后,就会沿着杆的倾斜方向扭转。

但在操作中,执行器的四根杆被意外掰断,邹俊索性将错就错,做出一个没有杆支撑的柔性关节,结果效果反而比想象中更好。
不久后,他的最终方案成型,即用一个真空驱动的柔性扭转执行器( V -SPTA,Vacuum-Powered Soft PneumaticTwisting Actuators)作为软体机器人的“柔性关节 ”。
据悉,V-SPTA完全采用柔性材料制作,拥有超长使用寿命。相比传统气动执行器,V-SPTA的气室连接处非常坚强, 如下图哪怕用针戳几个小孔,依然能够正常使用。
而此前的传统气动执行器,它们的最大缺点在于容易漏气,在高压气体的作用下, 气室连接处很容易裂开、漏气,最终影响气动执行器的使用寿命。……