张拉整体结构构造的仿生连续体机器人

基于独立关节的传统机器人在复杂的现实世界任务中并不总是表现出色，尤其是那些涉及灵巧操纵物体的任务。因此，一些机器人专家一直在尝试设计连续机器人，这种机器人平台的特点是无限自由度，没有固定数量的关节。

连续机器人通常基于电缆或其他可变形部件，这些部件可以更自由地移动，并且不受固定关节结构的限制。尽管有这些优点，但提出的许多连续机器人设计仍然无法有效地导航复杂和非结构化环境。

中山大学、大连理工大学和伦敦南岸大学的研究人员最近开发了一种新的连续体机器人，其灵感来自大象的鼻子。在《软机器人》杂志上发表的一篇论文中介绍了这种机器人，它具有可定制的设计，可以为不同的应用量身定制。

开展这项研究的团队发现，现有的电缆驱动连续体机器人在变形后总是呈现圆形轮廓，这可能会阻碍它们与不同曲率环境的交互。为了克服这一限制，研究人员试图提出一种连续的机器人范式，以适应具有不同曲率的应用场景。

象鼻自然地被分成由伪关节连接的有限段。这使得大象能够更有效地与非结构化环境进行交互，例如，通过灵活地将鼻子挤到狭窄的空间或伸到更高的树枝上。

由于其独特的构造，象鼻不同节段的刚度可以独立调节并调整为以不同的方式弯曲。这最终使大象能够适应其鼻子的形状，以处理不同的任务，并获得各种形状的物体。

受象鼻运动的启发，研究团队提出一种具有预编程刚度分布的连续机器人，以解决机器人变形限制，通过调节刚度分布，仿生机器人不仅展示了各种变形模式，还能在不同曲率的管道中移动。

该象鼻机器人是基于三级张拉整体结构，由几个弹性元件组成，这些弹性元件均匀分布在整个结构中。这使得研究人员可以简单地通过将弹性元件替换为具有不同刚度大小的其他弹性元件来编程机器人的局部刚度特性。

研究人员表示:“受益于刚度分布的差异，连续体机器人在相同的驱动准则下表现出不同的机器人配置。我们的仿生连续体机器人不仅能够与变化的曲率环境进行共形交互，而且还能够通过利用固有的智能简化所需驱动和控制系统的复杂性。”

到目前为止，研究人员已经利用他们的设计方案创造了一个由12个弹性模块组成的机器人原型。然后，他们在一系列试验中展示了它的变形能力，重点是不同的现实场景。

长期和永无止境的进化使动物表现出惊人的能力，如果充分谨慎地观察它们，可能会为未来的机器人系统收获一系列受生物启发的设计范式。例如，受象鼻交互行为的启发，可以提出一个更灵活的连续体机器人，以满足在不同曲率环境中的交互需求。

在未来，这种连续体机器人可以在非结构化环境中自动化完成更多的现实任务，这些任务很难或不可能使用刚性关节结构的机器人来解决。由于其独特的设计，机器人还可以通过安装不同的末端执行器，如抓手和传感器，以同时支持不同的功能。

该研究团队目前还计划开发灵活的刚度调节策略，通过这种策略，连续体机器人的能力可以进一步增强，实时探索不可预测的场景。例如，一些先进的材料将被用于制造弹簧元件，如形状记忆合金(SMA)和介电弹性体(DE)。