又轻又灵活的机械手臂？不再是空想！

材料牛注：说起机器人或者机械加工的机械臂，你想到的还是又重沉又笨重的钢铁大块头？你已经out啦！宾夕法尼亚大学的研究者已经研究出了又轻又好用，还可以便携的机械臂！

尽管机械臂用处非常广泛，但是它们通常又沉又笨重，需要很多支持结构才能让它们顺利运行。如果你需要的是精度和速度，这些弊端可能是不可避免的。但如果你想要的是长距离，高比强度，以及非常低的成本（这些特质对于机械臂来讲是很高的要求），这里为你准备了另一种选择。在5月18日的国际机器人与自动化会议（International Conference on Robotics and Automation，ICRA）上，来自宾夕法尼亚大学的研究人员带来了一种新型的机械臂设计。这种机械臂由塑料条带盘绕、绞合在一起做成。卷曲盘绕的塑料条带形成一个可伸缩的圆筒形结构，这个结构可以和绞车起货机以及缆线组装在一起，变成可操控的机械臂。

这个概念在原理上和Zippermast、Spiralift这些市售系统相似，但以上两者的设计显然更重也更复杂。宾大螺旋拉链式的设计只用到一条非常轻质的塑料条带，通过一种非常简单的啮合机制相连接。塑料条底边的啮合齿与下方塑料条上方的啮合齿相绞合，通过旋转延伸的方式形成一个圆柱体。通过这种方式制造的机械臂有着很高的比强度，并且具有格外强的抗压性能。而且调整机械臂的长度非常简单，就像拉开或者拉上一条旋转着的拉链一样，这个过程完全可逆。你可以把塑料条绕在拉链式结构上，从而将机械臂收束在一个极小的体积内。这样方便的可逆性操作让这样的机械臂设计有望成为相当便携的设备。

螺旋拉链结构只是机械臂的架构，除了能按意愿压缩或伸长外，现在还没有集成驱动。研究人员设想将机械臂安装在万向轴上，与万向轴的三重自由度相结合，打造一个6自由度系统。由于机械臂伸缩比较灵活（特别是在移动的时候），因此没有必要在基座上安装马达驱动它。所以，可以采用绞车装在底座上的形式，用联机线连接机械臂末端来控制机械臂的运动。这样也保证了施加在材料上的主应力是能够使结构稳定的压应力。

在应用方面，有如此高比强度，又可以将体积压缩到很小的系统有很大的发展潜力。例如，美国陆军有兴趣将这种机械臂安装在陆军研究实验室正在开发的octorotor手臂上。而研究人员还计划在用以照看老人的室内移动机器人上尝试这种机械臂的设计，他们说，这种机械臂也可以“操控比较大的物体，比如家具”。在ICRA，我们看到了一些爬壁机器人虚拟样机的照片，它可以通过改变其臂长来托举自身。这种设计在极度优先考虑重量和体积的太空行业中，由于其高强度重量比，也有很强的应用前景。这个设计想法非常巧妙，我们期待着宾夕法尼亚大学的进一步成果。

2016年，在瑞典斯德歌尔摩召开的ICRA 大会上，来自宾夕法尼亚大学GRASP实验室（general robotics, automation, sensing & perception laboratory at Penn）的Foster Collins 和 Mark Yim展示了“带有螺旋拉链关节的机械臂”。

原文链接：Spiral Zipper Creates Robot Arm Out of a Strip of Plastic

本文由编辑部曾庆辉提供素材，时冰遥编译，薛文嘉审核。