造出機器人柔性手臂

王海涵 王磊 桂運安

讓機器人打開一扇門有多難？

歷經十余年探索，中國科大自主研發的低成本軟體機器人手臂，可以輕松完成生活中的開門、擰瓶蓋、擦玻璃等操縱任務。

該校計算機學院教授、機器人實驗室主任陳小平團隊的最新研究進展發表在最新一期的機器人頂刊《機器人研究國際雜志》上，展示了軟體機器人手臂在日常生活中的巨大應用潛力，論證了這些年科研成果的可行性。

傳統機器人大多是剛性機器人，基于關節-連桿結構，自上世紀60 年代起，在傳統制造業大規模應用。近10年來，智能制造、家政服務、農業作業、救援、安防等市場需求增加，軟體機器人研究成為機器人源頭技術競爭的戰略制高點。

陳小平長期從事人工智能與機器人的交叉研究和教學。2010年，陳小平團隊瞄準產業前景，嘗試將柔性材料應用在機器人的骨骼和肌肉中。

2013年，陳小平團隊提出了蜂巢氣動網絡，這是一種天然的剛柔合一結構，兼具大形變性、高靈活度、高負重比和低成本等特性。類似于既柔順靈活又很有力氣的軟體動物。

“蜂巢氣動網絡結構是蜂巢和氣囊的結合，當氣囊充氣時，依靠蜂巢的結構形變，產生不同方向的彎曲或伸長運動。”軟機器人組博士研究生王展翅說，蜂巢氣動網絡結構，其變形是由構成蜂巢的六邊形的折疊、伸展造成的，兼具靈活性，制備簡單、耐用。

1998年，陳小平開始組建中科大機器人團隊，通過參加科研性質的機器人比賽培養鍛煉隊伍。1999年，在瑞典斯德哥爾摩舉辦的世界人工智能聯合大會上，他的論文是中國大陸唯一的入選論文。

2007年，團隊在美國亞特蘭大獲得機器人世界杯總分第一。

2008年，陳小平選擇家庭服務機器人為長期研究目標，進入自主創新階段。最初，團隊在機器人移動底盤上加裝了一款進口的機械手臂，但發現手臂太短，且存在安全性、靈活性不足等問題。

團隊嘗試自己做一款手臂。他們研發了一款剛性機械臂，每個關節上有一套電機、減速器、控制器。但重量和成本都很高，一臺機器人成本至少30萬元。

“我們決定研發一種更靈活、更安全、更輕的柔性手臂。”陳小平回憶，當時論文和書本里都找不到相關案例，只能從零開始。

經過無數次嘗試，2013年，他們終于發現蜂巢氣動結構可以滿足相關特性。之后，陳小平擴大了實驗室軟體機器人組規模，相繼攻克手臂抖動等技術難題。自主研發了剛柔合一的機器人柔性手爪，可抓握多種形狀、尺寸和材質的物體，突破了剛性手爪的局限性。

據悉，服務機器人技術在智能制造、醫療康復，家庭服務等領域有巨大研究價值和廣泛應用前景。比如，讓機器人為不同形狀的產品進行表面打磨;對高鐵、動車、地鐵車廂進行無死角噴涂;或是給臥床的老人喂飯。

這兩年，在機器人實驗室里，00后的身影逐漸增多。陳小平很欣慰，他覺得，當更多青年學生愛上機器人研發，一定會給機器人產業創新積蓄更多活力。

（摘自《中國青年報》4.20? ）