可重構(gòu)軟體機(jī)器人就像一種柔軟的積木，由各種功能模塊組成，可以輕松拆卸并重新安裝成任何想要的形式。一方面，它具備可重構(gòu)機(jī)器人可重用性、可互換性和可擴(kuò)展性的優(yōu)勢，減少了重新設(shè)計時間，降低了制造成本，并提高了產(chǎn)品的通用性；另一方面，它也繼承了軟體機(jī)器人柔順、安全的特性，在應(yīng)對非結(jié)構(gòu)化環(huán)境和處理脆弱的目標(biāo)物時具備顯著優(yōu)勢，F(xiàn)有的大多數(shù)模塊在設(shè)計上都有固定的結(jié)構(gòu)和功能，因此當(dāng)多個模塊組成的機(jī)器人需要調(diào)整時，唯有通過更換不同的模塊才能實現(xiàn)重新配置，這對于中間位置的模塊替換以及模塊線纜的重新規(guī)劃是十分不友好的。本研究提出了一種分級可重構(gòu)的策略。這種策略不僅使機(jī)器人具備傳統(tǒng)模塊化方法的優(yōu)勢，即通過模塊間的組合來構(gòu)建不同的機(jī)器人（第一層重構(gòu)）；還能通過重編程模塊內(nèi)的彈性引導(dǎo)元件，來提供模塊的多種運(yùn)動模式（第二層重構(gòu)）。該設(shè)計策略克服了以往模塊化軟體機(jī)器人運(yùn)動模式不可改變的缺陷，將模塊化的設(shè)計方法提升到了更高的維度，為機(jī)器人調(diào)整各種構(gòu)型和功能提供了更多選擇。例如，利用模塊間的重新配置，可以構(gòu)造出蠕蟲機(jī)器人、全向爬行機(jī)器人和軟體機(jī)械手等應(yīng)用實例，此外，由多個模塊串聯(lián)而成的軟體機(jī)械臂也能夠通過模塊運(yùn)動模式的重編程，來重新設(shè)計運(yùn)動軌跡和工作空間，而不必進(jìn)行整個模塊的更換。該方法顯著降低了模塊化軟體機(jī)器人的操作難度和成本。
圖1 分級可重構(gòu)策略
圖2 模塊及功能單元的連接方式
圖3 模塊多種運(yùn)動模式的性能
圖5 三模塊并聯(lián)的平面全向移動機(jī)器人
圖6 分級可重構(gòu)的機(jī)械臂
原文鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202414279
作者介紹
通訊作者：張文明，上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院特聘教授，博士生導(dǎo)師，國家杰出青年基金獲得者。長期從事微機(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)設(shè)計、軟體智能感驅(qū)系統(tǒng)等方面的研究，先后主持包括國家自然科學(xué)基金重點項目在內(nèi)的30余項科研項目，在Science Advances、Nature Communications、Advanced Materials等期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文280多篇，授權(quán)國家發(fā)明專利和軟件著作權(quán)100多項，出版和參編專著5本。
通訊作者：李汶柏，同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院特聘研究員，博士生導(dǎo)師。主要從事軟驅(qū)控技術(shù)，仿生機(jī)器人動力學(xué)設(shè)計與控制研究，作為第一作者或通訊作者，相關(guān)成果已發(fā)表在Nature Communications，Science Advances, Soft Robotics等國際期刊。
第一作者：房付熠，上海交通大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院博士生。研究方向為氣動軟體機(jī)器人力學(xué)設(shè)計和控制研究，相關(guān)成果已發(fā)表在The Innovation, Advanced Functional Materials, 《中國科學(xué)：物理力學(xué)天文學(xué)》等國內(nèi)外期刊。
