小顆粒物（particlesgranularmaterial）是咱們生涯中很罕見的事物，工地上的沙礫，家中的大米，綠豆，另有咖啡豆，咖啡粉等，不乏其人。顆粒物有著良多怪異的性子，它們可以變得如同巖石普通堅(jiān)挺，也可以變得像液體一樣四處“活動(dòng)”?；陬w粒物的物理特性，香港大學(xué)的陳永華傳授率領(lǐng)的研討團(tuán)隊(duì)提出了“顆粒物傳動(dòng)（particletransmission）”的觀點(diǎn)，并基于“顆粒物傳動(dòng)“原理計(jì)劃開辟了“雙足機(jī)器人樞紐”跟“軟體機(jī)械手”，兩個(gè)研究成果均于客歲頒發(fā)正在國際頂級刊物《IEEE電機(jī)一體化學(xué)報(bào)》（IEEETransactionsonMechatronics）。這類新的傳動(dòng)方式開導(dǎo)自液壓或許氣壓傳動(dòng)，而且跟后二者比擬有著它怪異的劣勢：1.沒有須要公用的密封，沒有簡單保守；2.對溫度變更沒有敏感；3.可以有剛度的年夜規(guī)模變更4.接收震撼等。
1.顆粒物傳動(dòng)跟它正在機(jī)器人中的使用
顆粒物正在咱們生涯中十分罕見，家中貯存的谷物豆類，咖啡豆咖啡粉，大巷上的土壤沙礫，皆屬于顆粒物的領(lǐng)域。探討到顆粒物正在機(jī)器人中的使用，便不能不提上面這個(gè)機(jī)器貓“機(jī)械手”。小編現(xiàn)在真的被這款用咖啡終跟氣球做的“抓手”所震驚跟吸引到。明天先沒有開展報(bào)告它的原理了，文末附有相關(guān)論文可以參考。
小編向各人先容顆粒物正在機(jī)器人中的另一個(gè)風(fēng)趣而且有實(shí)用價(jià)值的使用，顆粒物正在“活動(dòng)”形態(tài)下可以取代液壓跟氣動(dòng)去作為傳動(dòng)介質(zhì)，計(jì)劃由顆粒物驅(qū)動(dòng)的“雙足機(jī)器人”跟“軟體抓手”。
近似機(jī)器貓腳的”全能抓手”
液壓跟氣壓傳動(dòng)皆是機(jī)器人中罕見的傳動(dòng)方法，它是以流體為事情介質(zhì)停止能量傳送跟節(jié)制的一種傳動(dòng)方法，這類傳動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備履行真?zhèn)€重量可以很沉，響應(yīng)速度快，傳輸力大等。Bostondynamic的人形機(jī)器人Atlas采取的就是精巧計(jì)劃的液壓體系驅(qū)動(dòng)28個(gè)樞紐，此外各人熟習(xí)的軟體抓手則應(yīng)用了緊縮氣體驅(qū)動(dòng)。
順豐分揀機(jī)器人視頻液壓驅(qū)動(dòng)跟氣動(dòng)的例子
顆粒物是一種很特殊的物資，雖然每一顆單拎出來皆是固體，可是一群顆粒物正在松散的形態(tài)下存在像液體一樣的流動(dòng)性。好比咱們抓一把沙子，一把豆子，平攤手掌的話會(huì)從指縫流走。同時(shí)，若是對松散的顆粒物施加壓力，那么顆粒物之間便會(huì)發(fā)生一種“梗阻”效應(yīng)，彼此擠壓，使得顆粒物整體的又顯現(xiàn)固體的形態(tài)。咱們生涯中罕見的真空包裝綠豆可以很好的展現(xiàn)顆粒物的特性。
真空包裝的“梗阻”的綠豆跟“活動(dòng)”的綠豆
來自香港大學(xué)陳永華傳授團(tuán)隊(duì)遐想到了是不是可以借助顆粒物的流動(dòng)性，將它作為前言，到達(dá)近似于液壓傳動(dòng)或許氣體傳動(dòng)的后果，從而停止能源的傳送。使用顆粒物傳動(dòng)計(jì)劃了兩種機(jī)器人，行走機(jī)器人跟軟體抓手，兩篇文章均于客歲頒發(fā)于機(jī)械工程頂刊《IEEE電機(jī)一體化學(xué)報(bào)》（IEEETransactionsonMechatronics）。
顆粒物傳動(dòng)計(jì)劃的基本原理
當(dāng)然僅僅可能模擬液壓或許氣壓傳動(dòng)的后果借不敷，研究者剖析了顆粒物傳動(dòng)的一些特色：
1.跟氣體液體傳動(dòng)比擬，顆粒物傳動(dòng)沒有須要過于嚴(yán)厲的密封，是以可以簡化傳動(dòng)布局的計(jì)劃。
2.經(jīng)由過程“梗阻”效應(yīng)，顆粒物傳動(dòng)可以停止剛度變更。
3.顆粒物關(guān)于溫度跟壓強(qiáng)的敏感水平低，更合用于嚴(yán)苛的情況。
4.顆粒物傳動(dòng)可以起到減震的后果。
研究者們計(jì)劃了兩款詳細(xì)的使用，去驗(yàn)證顆粒物傳動(dòng)這類設(shè)法主意的可行性，包羅一個(gè)“小型雙足機(jī)器人”跟“軟體機(jī)械手”。正在那兩款計(jì)劃中，均采取了顆粒物傳動(dòng)的計(jì)劃。明天小編便幫各人解讀一下顆粒物傳動(dòng)是若何被使用于計(jì)劃那兩種機(jī)器人體系的。
顆粒物傳統(tǒng)計(jì)劃的雙足機(jī)器人跟軟體抓手
咱們可以先看一下顆粒物驅(qū)動(dòng)的那兩個(gè)使用的展現(xiàn)，下一部分會(huì)帶各人相識(shí)詳細(xì)的計(jì)劃。文末附有相關(guān)論文的標(biāo)題，鏈接，和完整版視頻。
顆粒物傳動(dòng)樞紐計(jì)劃
顆粒物傳動(dòng)的機(jī)器人樞紐
呆萌的雙足機(jī)器人
顆粒物傳動(dòng)的軟體抓手抓取
2.顆粒物傳動(dòng)的使用計(jì)劃及試驗(yàn)測試
2.1顆粒物傳動(dòng)的機(jī)器人樞紐的計(jì)劃
若是將顆粒物填入一段封鎖的腔體中，正在一側(cè)給一個(gè)輸入力，那么力可以經(jīng)由過程顆粒物傳到到另一側(cè)。研究者給出了四種典范的設(shè)計(jì)方案，除去最根本的直線傳動(dòng)計(jì)劃，經(jīng)由過程分歧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顆粒物傳動(dòng)借可以實(shí)現(xiàn)90度，180度，和直線到扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)。
顆粒物傳動(dòng)的幾種變更
顆粒物傳動(dòng)比平常形態(tài)下是小于1的，是以存在必然的緩沖后果，可能削減輸出真?zhèn)€壓力，到達(dá)和婉輸出的后果。經(jīng)由過程試驗(yàn)測試得悉，顆粒物傳動(dòng)比跟著輸入力的速率增長而增大，同時(shí)，經(jīng)由過程分歧角度的傳動(dòng)測試，顆粒物傳動(dòng)遭到重力的影響比力小。
顆粒物傳動(dòng)的測試
研究者計(jì)劃的顆粒物傳動(dòng)樞紐如圖，正在一個(gè)U形管中填入必然的顆粒物，然后用兩個(gè)活塞密封它?；钊彽揭粋€(gè)輸出軸。兩個(gè)活塞由一個(gè)輸入的凸輪停止周期性的高低運(yùn)動(dòng)，從而動(dòng)員輸出軸扭轉(zhuǎn)，這個(gè)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即可以被用作機(jī)器人的樞紐。
基于顆粒物傳動(dòng)的機(jī)器人樞紐的計(jì)劃
當(dāng)顆粒物傳動(dòng)計(jì)劃的樞紐正在遇到外界的年夜打擊的時(shí)間，顆粒物之間會(huì)被互相擠壓，“活動(dòng)”的顆粒物便會(huì)切換為“固態(tài)”，從而到達(dá)梗阻-自鎖的后果。研究者認(rèn)為這類效應(yīng)可以資助機(jī)器人樞紐抵抗外界的打擊，而且晉升樞紐的剛度。研究者們應(yīng)用顆粒物傳動(dòng)樞紐計(jì)劃了一個(gè)雙足行走機(jī)器人，簡略展現(xiàn)了這類傳動(dòng)方法使用于機(jī)器人的可行性。
雙足機(jī)器人行走步態(tài)
2.2顆粒物傳動(dòng)的軟體抓手
顆粒物傳動(dòng)的另一個(gè)使用就是軟體抓手了。傳統(tǒng)的氣動(dòng)軟體手指由緊縮氣體驅(qū)動(dòng)，基本原理就是，氣囊的底部是限定收縮層，下面是彈性層，是以正在氣壓的增大作用下，軟體手指會(huì)朝著限定層蜿蜒。假定把一個(gè)個(gè)的氣體份子具化，增大的壓強(qiáng)可以看做是氣體份子關(guān)于氣囊內(nèi)壁的沖擊力增大了。
顆粒物傳動(dòng)的軟體致動(dòng)器原理
基于近似的原理，當(dāng)把渺小的顆粒物作為介質(zhì)用外力推入存在不異計(jì)劃的彈性氣囊中，用一個(gè)外力來不休鞭策外界的顆粒物進(jìn)入氣囊，跟著顆粒物的體積的增長，氣囊壁收到的顆粒物的壓力愈來愈年夜，由此便會(huì)發(fā)生像是氣動(dòng)軟體手指一樣的蜿蜒?？墒潜葦M于氣動(dòng)，顆粒物驅(qū)動(dòng)的軟體手指沒有須要很嚴(yán)苛的密封，而且跟著蜿蜒角度的增長，氣囊壁對顆粒物的副作用壓力也漸漸增大，從而顆粒物會(huì)產(chǎn)生梗阻效應(yīng)，軟體手指的剛度也會(huì)成倍的增長。
經(jīng)由過程一系列的抓取試驗(yàn)測試，顆粒物驅(qū)動(dòng)的軟體抓手也有著自順應(yīng)的抓取才能，可以抓取多種物體。同時(shí)，因?yàn)轭w粒物的梗阻效應(yīng)使得軟體手指正在終極形態(tài)的剛度變更比力年夜，是以那款軟體抓手可以抓取比力重的物體。
顆粒物傳動(dòng)的軟體抓手抓取
為了更精確的商量顆粒物傳動(dòng)的軟體手指剛度變更環(huán)境，研究者應(yīng)用三種分歧的前言停止了測試，即氛圍，火跟顆粒物。應(yīng)用活塞促進(jìn)不異體積的介質(zhì)，可以看到，跟著擠壓體積的增長，正在前期顆粒物傳動(dòng)的軟體手指的剛度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于火跟氣體驅(qū)動(dòng)的。
顆粒物傳動(dòng)軟體手指的剛度跟火，氣體的比力
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把顆粒物看成火，看成氣體去作為傳動(dòng)介質(zhì)的設(shè)法主意真的很充斥想象力，那也恰是科學(xué)研究的魅力，透過景象看實(shí)質(zhì)，便可以發(fā)明一些本來毫無關(guān)系的事物之間居然有著某種底層的接洽。
長于思慮的研究者們基于一些十分根底的物理現(xiàn)象，好比明天所商量的顆粒物的流動(dòng)性跟梗阻效應(yīng)，可以開辟計(jì)劃出存在翻新的布局，以至有一些跨越傳統(tǒng)方式的優(yōu)點(diǎn)。
國產(chǎn)分揀機(jī)器人生產(chǎn)分揀機(jī)器人批發(fā)智能分揀機(jī)器人作用