菜单总览
新闻

讲座回顾——软体驱动器与软体机器人

  • 2020.06.15
  • 新闻
6月12日,AIRS邀请即将入职我院的朱建教授带来主题为“软体驱动器与软体机器人”的直播讲座,以下为讲座回顾。

        上周五(6 月 12 日),即将入职 AIRS 智能机器人研究中心的朱建教授为我们带来主题为“软体驱动器与软体机器人”的精彩讲座。我院孙正隆教授担任主持人,孙教授同时也是香港中文大学(深圳)理工学院助理教授。

        讲座上,朱建教授首先介绍了目前广泛使用的软体驱动器及开发出的软体机器人(图1), 包括形状记忆合金,形状记忆聚合物,气动/流体驱动器等。这些不同的软体驱动器各有特点,设计人员可以根据应用来选择不用的驱动器。

图1: 软体驱动器和软体机器人(Ref:Rus and Tolley, Design, fabrication and control of soft robots, Nature 521, 467-475, 2015. )

        随后朱教授简单介绍了介电弹性体驱动器(图2)和一些基于这种驱动器开发的软体水下机器人。介电弹性驱动器具有电压驱动变形大(应变可达100%),质量低,反应快,噪音低等特点。更重要的是,它能实现类似肌肉的变形和运动,这对于传统驱动器来说是非常具有挑战性且难以实现的。

图2: 介电弹性体驱动器(Ref:Pelrine, et al., High-speed electrically actuated elastomers with strain greater than 100%. Science 287, 836,2000。)

        基于介电弹性体驱动器开发的软体水下机器人包括水母机器人和青蛙机器人。水母机器人由覆盖介电弹性体的气腔来驱动。通过软体驱动器的变形,机器人可以排水获得冲力。同时,气腔的变形也可引起浮力的变化。

图3: 仿生水母机器人的设计及样机(Ref:Godaba, Li, Wang, Zhu, A soft jellyfish robot driven by a dielectric elastomer actuator, IEEE Robotics and Automation Letters 1, 624-631, 2016,this paper was also presented in the 2016 ICRA).

        朱教授接着介绍了一些软体爬行机器人的工作(图4)。这个机器人的身体由介电弹性体组成,两只脚由静电吸附驱动器构成。通过控制施加在三个驱动器的电压,机器人可以实现快速稳定的移动。另外,与大多数的气动机器人不同,这个机器人可以将电源,控制器等组件放置于机器人身体之上,因此机器人可以较少受到能源及导线的影响,从而成为一个更为独立自主的系统。

图4: 软体爬行机器人(Ref:Cao, J.W., Qin, L., Liu, J., Ren, Q.Y., Foo, C.C., Wang, H.,Q., Lee, H.P., and Zhu, J. (*), Untethered soft robot capable of stable locomotion using soft electrostatic actuators, Extreme Mechanics Letters 21, 9-16, 2018)

        朱教授还用软体驱动器来制作人工肌肉以实现仿人机器人的面部表情,包括模仿咀嚼肌来实现下巴运动(图5),模仿眼部肌肉实现眼球的运动(图6)。

图5: 人工肌肉实现下巴运动(Ref:Gupta, U., Wang, Y.Z., Ren, H.L., and Zhu, J., Electromechanical modeling and feedforward control of jaw movements driven by viscoelastic artificial muscles, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 24, 25-35, 2019)

图6: 人工肌肉实现眼球运动(Ref:Li, L., Godaba, H., Ren, H.L., and Zhu, J. (*), Bioinspired soft actuators for eyeball motions in humanoid robots, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 24, 100-108, 2019)

        最后,朱教授与线上参与讲座的听众展开了友好的互动,并对其研究领域的相关问题进行了回答。