中科大团队打造“象鼻”机器人，开门、擦玻璃、会给女朋友拧瓶盖的那种

杨净 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

中国科技大学团队开发的最新软件机器人有点脚踏实地！

他们主要受苦象鼻启发。

制作的机器人是酱紫色的。

跟以往普遍应用于深海研究、医疗康复、制造等领域不同的是，它主要应用在我们的日常生活中。

比如给女朋友拧瓶盖。

首先你要有个女朋友。

也可以开转手轮。

以及一些像开门、开抽屉、擦玻璃之类的日常任务，也统统不在话下。

该软机器人由中国科技大学计算机学院陈小平教授领导，其研究成果入选机器人顶刊IJRR。

它是如何实现的？

如何实现？

这个机器人最大的特点是蜂巢气动网络结构。

基于这种结构，制备了具有灵活性和大负载能力的软臂，其负载能力约为3Kg，负载自重比达到1:1。

在拆卸方面，蜂巢结构与气囊的结合。

六边形结构密度小，压缩性能高，剪切性能高，能为气动网络结构内部提供骨架，具有良好的支撑性。

使用了这种结构桌面级3D打印机打印决定了机器人成本低，易于制备。

团队成员表示，最短两天就能打印出一个60cm长的手臂，成本在3500元左右（包含材料费和打印服务费）。

若以后实现量产，采用模具制作可进一步将制备时间缩短到分钟级。

安全气囊是弹性体内的一系列通道和腔室。当安全气囊充气时，依靠蜂窝的结构变形可以产生不同方向的弯曲或伸长运动。

制备气囊采用成熟的尼龙布加工工艺，每臂约250个气囊，总成本约1000元。

除蜂窝结构和气囊外，还有比例调压阀，用于驱动手臂运动，是工业上常用的气动元件。

整个手臂由16个比例调压阀控制，成本约3万元。

下一步，我们将开发低成本驱动系统，进一步降低总成本。

因此，整个制备过程相对容易，各部件都有成熟的解决方案。

有了一般的结构，这取决于如何执行交互任务。

研究小组提出了两种控制方法。

一是基于简化Jacobian模型的反馈控制利用机器人在交互过程中不受环境影响的运动规律。

二是基础Q-learning通过设置虚拟目标来增加训练数据的控制方法。

受操作任务执行的启发，研究团队也实现了分层控制系统，包括行为规划器和行为控制系统。

行为控制系统分为高级行为控制器、低级运动控制器和控制终端。

具体来说，在执行某项任务时，行为规划者首先计划做什么。

以转手轮为例，只有向前、向下、向后、向上四种行为，才能转动手轮。

然后由高层行为控制器在三维空间中设定目标，然后传输到低层运动控制器，引导手臂朝指定方向。

而这里的“引导”，是指低级运动控制器为控制终端产生电压，以产生相应的压力来驱动软臂。

最后，软件机器人可以在没有力传感器和精确环境模型的情况下，像人一样完成简单的交互任务。

背后的团队

该机器人由中国科技大学计算机学院陈小平教授组成。

据介绍，该团队在软体机器人领域研究近十年，曾先后获得IEEE ROBIO 哈佛大学软体机器人挑战赛2016年最佳会议论文奖第二名。

团队成员说，

接下来，团队将继续从自然中汲取灵感，开展软机器人研究，拓展机器人技术的边界，努力让机器人尽快进入千家万户。

论文链接：
https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0278364920979367
参考链接：
https://softroboticstoolkit.com/hpn-manipulator
https://sites.google.com/view/softrobot