軟體機器人手臂由于具有本質(zhì)柔順性和連續(xù)變形特性，在智能制造、醫(yī)療康復(fù)，家庭服務(wù)等領(lǐng)域有巨大的研究價值和廣泛的應(yīng)用前景。最新一期的機器人頂刊《The International Journal of Robotics Research》(IJRR)刊發(fā)了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（中國科大）陳小平教授團隊在軟體機器人手臂上的研究進展，展示了軟體機器人手臂在日常生活中的巨大應(yīng)用潛力。

打開一個門很難嗎？

讓剛性機器人執(zhí)行開門任務(wù)并不簡單。為了完成這一任務(wù)，需要精確的感知，建模，規(guī)劃，控制。一旦中間任何一環(huán)出現(xiàn)差錯都可能造成不可挽回的后果。

然而開門對于人來說很容易。抓住門把手，向下壓，再往后一拉就行了。

機器人能否像人一樣輕松地執(zhí)行生活中的操縱任務(wù)呢？

在最新一期的IJRR中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團隊展示了一種使用軟體機器人手臂輕松完成生活中各種任務(wù)的方法。這種方法從人執(zhí)行操縱任務(wù)的行為方式中汲取靈感，利用軟體機器人手臂的被動柔順性，展示出了一種全新的機器人與環(huán)境交互的方式。

得益于被動柔順性，軟手臂在跟環(huán)境交互的時候，不需要提前對環(huán)境進行精確建模，也不需要力傳感器精確的感知環(huán)境接觸力，即使執(zhí)行任務(wù)過程中被人為“搗亂”也不影響完成任務(wù)。

不光是開門開抽屜，擦玻璃、開擰瓶蓋都不在話下。以后力氣小的妹子擰不開瓶蓋可以找軟體機器人幫忙了。

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象鼻是自然界中即柔順靈活又很有力氣的軟體器官。受象鼻啟發(fā)，研究團隊提出了一種蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。并基于這種結(jié)構(gòu)，制備了像象鼻一樣兼具靈活度和大負載能力的軟體手臂。手臂的負載自重比達到了1:1。

蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是蜂巢和氣囊的結(jié)合，當氣囊充氣時，依靠蜂巢的結(jié)構(gòu)形變，產(chǎn)生不同方向的彎曲運動或者伸長運動。

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目前大多數(shù)軟體機器人（如柔性手爪、水下軟體機器人、軟體手術(shù)機器人）使用比較軟的柔性材料作為主體，比如硅膠。這類軟體機器人通過壓縮流體、記憶合金等方式驅(qū)動柔性材料形變從而產(chǎn)生機器人的運動。這種機器人受限于材料特性，很難做到大負載。

蜂巢氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其變形是由構(gòu)成蜂巢的六邊形的折疊、伸展提供的。這種結(jié)構(gòu)使得我們可以用相對比較硬的材料制做軟手臂，在實現(xiàn)大負載能力的同時，手臂可以沿各個方向彎曲伸長，兼具靈活性。

在該研究中，研究者使用3D打印技術(shù)制備蜂巢結(jié)構(gòu)，成本低，制備簡單，便于維護，且很耐用。

從人執(zhí)行操縱任務(wù)的行為方式中汲取靈感

受人完成交互任務(wù)的啟發(fā)，研究團隊提出了一種基于“行為”的控制方式。行為代表著一種運動趨勢，以轉(zhuǎn)手輪為例，只需要“向前，向下，向后，向上”這四個行為，就能將手輪轉(zhuǎn)動一圈。

就像教一個孩子開門，只要告訴他“抓住門把手，向下壓，再向后拉”一樣。研究者提出的基于行為的控制使得我們可以用相似的方式與機器人溝通。

One more thing

軟體機器人手臂的控制精度往往不如剛性手臂高，那如何用軟體手臂完成更加精細的任務(wù)呢？其實人手臂的精度也不高，往往通過借助工具來完成精細的任務(wù)。比如畫一條直線，多數(shù)情況下需要借助尺子。研究者展示了軟手臂也可以借助尺子畫一條直線。

讓機器人像人一樣使用工具這一想法，為軟機器人的應(yīng)用打開了更廣闊的空間。

該工作由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳小平教授帶領(lǐng)的科研團隊研究完成。團隊成員包括姜皓、王展翅、金渝松、李佩津、干英豪、陳曉彤、林森。該團隊已經(jīng)在軟體機器人領(lǐng)域研究了近十年，相關(guān)研究先后獲得IEEE ROBIO 2016最佳會議論文獎和哈佛大學(xué)軟體機器人挑戰(zhàn)賽第二名。團隊成員表示：“接下來團隊將繼續(xù)從自然界汲取靈感，開展軟體機器人的相關(guān)研究，拓展機器人技術(shù)的邊界，爭取早日讓機器人早日走進千家萬戶”。

原文標題：機器人頂刊IJRR：中國科大自主研發(fā)低成本軟體機器人手臂，輕松完成生活中的操縱任務(wù)

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