占地小、质量轻、可弯曲、更灵活的机械手臂
随着科技的高速发展，近年来各行各业都能看见机器人的身影，并逐渐改变着人们的生产与生活。其中，大多数机械臂是由长直管和活动关节的某种组合构成，因为人类的四肢都是以相同的方式构造的，这是巧妙而高效的设计。通过添加更多的管子和关节（或自由度），可以提高机械臂的多功能性，但代价是复杂度、重量和成本的增加。
伦敦帝国理工学院REDS实验室的研究人员，介绍了一种围绕可锻结构而不是刚性结构构建的机器人，无需增加额外度数就能提高手臂的通用性和自由度。该设计使得机械臂不再受制于静态管和关节，而可以重新配置机器人，完全按照所需的方式进行设置，并可以随时随地轻松地对其进行更改。相关研究成果已在2020年ICRA发表，题目为“可锻机器人的设计和工作区表征”。
图片来源：伦敦帝国理工学院
据介绍，该臂可弯曲部分的内部由一层又一层的聚酯薄膜片组成，这些薄片被切成薄片并彼此堆叠，从而使每个薄片与至少11个其他薄片重叠。聚酯薄膜很滑，在大多数情况下，襟翼可彼此平滑移动，从而可以调节手臂的形状。襟翼被密封在乳胶膜之间，当空气从膜之间被抽出时，它们相互向下压使整个结构变硬，将其自身锁定为您放入的任何形状。
该系统的优点在于，它是软机器人和刚性机器人的组合，您可以获得软系统的灵活性（物理的和隐喻的），而不必处理所有的控制问题。其机械比任何一种系统（如混合系统）都更为复杂，但是可以节省成本、缩小尺寸、减轻重量，并减少所需的执行器（往往是故障点）数量。
研究人员指出，大多数串行机器人手臂具有6个或更多的自由度（DoF）（通常是旋转关节），但执行任务通常仅需2个或3个自由度。能够实现灵活性和适应任务但保持低自由度系统的简单机械臂，以及快速开发用于医疗应用的可变刚度连续体机器人，启发了他们发展可延展的机器人的想法。
可弯曲的结构使您可以根据需要执行的任务来重新配置该机械手
图片来源：伦敦帝国理工学院
可延展的机械臂可以通过哪些方式提供独特的优势，哪些潜在的应用程序可以利用这些优势？可延展的机器人能够完成多个传统任务，例如拾取和放置或垃圾箱拣选操作，而无需在每个任务中直接使用额外的大量关节，因为可延展的机器人提供了机械臂的灵活性链接。
这使得机械手臂外形尺寸更小，包括机器人的重量和占地面积，以及由于更少的关节构成而降低了动力需求和机器人成本，同时又不牺牲适应性。这使得该机器人成为任何至关重要场景的理想选择，例如在太空机器人中（节省的每1公斤都是至关重要的）或在康复机器人中，降低成本以促进采用。
与传统的万向节之间的刚性链节相比，使用可延展链节的缺点是可延展链节的最大刚度比等效的实心钢制刚性链节要弱得多，这是重点关注的领域之一，因为这将影响机器人运动精度和准确性。
基于此，研究人员创建了现有最大的可变刚度连杆，长度约为800毫米，直径为50毫米，适用于延展性机器人及中小型工作空间。目前，对这种精度的评估结果是较为理想的，但是由于在封装膜弯曲时会产生皱纹，因此可能无法在整个可延展链节上获得均匀的刚度。正如SCARA拓扑结果所证明的那样，这可能会产生轻微的结构变化，从而导致精度的降低。
机器人有什么办法知道自己的形状吗？潜在地，该系统可以以某种方式重新配置自身吗？当前，研究人员使用运动跟踪来计算机器人拓扑，并在机器人的关节上放置标记。通过使用距离几何，可以获取机器人的正向和反向运动学，用来控制机器人的末端执行器（抓爪）。理想情况下，研究人员希望开发出一种不再需要使用运动跟踪摄像机的系统。
至于机器人自身的重新配置，研究人员称其为“固有延展性链接”，已经证明了许多控制连续体结构的方法，例如使用正压或通过肌腱线，但是可以实时确定链接的曲率，而不仅仅是关节位置，是解决这一问题的主要障碍。但是，研究人员希望看到可塑性机器人的未来发展可以解决这个问题。
接下来，该研究团队的主要目标是，完善机器人的运动学以提供一个强大而完整的系统，使用户可以协作重塑机器人，同时仍然达到机器人系统预期的精度。当前，可延展的机器人研究还是一个崭新的领域，这为它的进一步开发和优化提供了许多机会。