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“整体移动”机器人助汽车制造业摆脱传统生产设备 |
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| http://cn.newmaker.com
4/15/2007 12:04:00 PM
佳工机电网
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 从通用汽车公司生产车间里的固定式焊接机器人，到《星球大战》中的R2D2，几乎所有机器人都采用了步进马达。但是，如果Dennis Hong教授的整体移动机器人计划能够成功，这一切都将改变，因为他所开发的WSL机器人将不再需要马达和齿轮等任何传统设备。
美国国家科学基金会（NSF）最近将40万美元的青年教授杰出科研基金奖颁给了弗吉尼亚理工大学教授Hong，让他继续推进这个WSL研究计划。NSF的这个奖项专门颁给那些它认为富有创新能力并有望在将来成长为学术带头人的年轻教授。
Hong说：“WSL机器人会利用全部表面来进行移动，所以称为‘整体移动’。如果我的计划能成功，那么整体移动将成为搜救机器人的最佳选择，因为它可以渗透到倒塌的房屋里面去。”
但是，WSL计划要取得成功将困难重重。首先，外部皮肤的翻转需要能够伸展并收缩成环形的传统机械制动器。这样的技术也不是没有，但也仍处于试验状态，这进一步加大了WSL研究的难度。
Hong说：“我们不会考虑马达、齿轮和滑轮等传统机械组件，而且暂时也不会使用电活性聚合物。电活性聚合物本身就是一个仍处于研究状态的领域，需要完成更多的改进才能应用于实践。”
第二个大问题是如何将非传统制动器的收缩和伸展应用到机器人外表面的循环翻转运动中。而且，封装也是一个大问题。现有的机器人都在外表装配了传感器，这给它们带来了视觉和听觉功能，从而能够避开障碍物并确定正确的移动方向。而如果机器人的外表被卷成了环形，就没有可以固定传感器的位置。
Hong说：“WSL是一种将制动环的伸展和收缩运动转换为外翻运动的新技术。但难题不仅仅在于它的制作，由于机器人整个表面都在移动，装配传感器和动力系统也是大问题。”
当前的机器人几乎都有轮子、轨道或者足。当搜救机器人必须穿越复杂的地形时，这些装置都各有长处和缺点。比如，要找到被困在倒塌的建筑物里的人，机器人必须能够从障碍物的上面、下面或中间驶过，而且还要在狭窄的角落里移动。相似的，机器人内窥镜则必须能够随意弯曲，还能挤过不规则的狭窄空间。
Hong说：“随着机器人智能技术的改进，以及移动式机器人被用于越来越多的新领域，寻找一种新的移动方式，使机器人能够在复杂而无规则的地形中移动变得至关重要。现有的移动方法可以满足一部分要求，但很难实现所有这些功能。”
变形虫的原理
Hong一直想利用变形虫等单细胞组织生物的移动原理，这种生物可以通过鞭毛、纤毛或伪足等进行移动。但是，只有伪足才适合地面型机器人－它在细胞表面某部分突起，从物体上面、旁边或中间渗透过去。所以，Hong就如何将伪足原理应用到机器人移动作了初步研究，得出了所谓的整体移动的设计方案。
Hong透露，“为了弄清楚变形虫的运动方式，我们研究了其移动方法的生物学原理，将它的胞质流动原理运用到机器人的移动中，形成了整体移动的概念。”为了以现有的材料实现这一设计，Hong制作了一个以外置石英带来驱动环形薄膜的原型。这个移动的薄膜模仿了变形虫通过内外翻转来前行的原理。
有了NSF的奖金，Hong表示他将在今后五年里制作一系列的原型，不仅要展示如何用一个固体管内核来驱动环形薄膜，还要解决WSL机器人的结构和封装问题。
第一个原型会于明年年初问世，将在固定内核内部采用电动马达，来驱动不断翻转的环形薄膜。同时，Hong的研究小组还将继续研究EAP和类似的材料，将之制作成制动环并通过伸展和收缩来向前移动，以用之来取代电动马达。他们将会在制动环的首尾两端放置EAP，来推动外表的薄膜，进而驱动机器人前进。
2008年，Hong的研究小组将制作出第一个采用EAP制动器的原型。之后，他们将试图解决机器人封装的问题，以便即使在其外部皮肤运动过程中传感器也能保持固定。
在过去的5年，Hong曾试图建立一个科学机构，帮助别人利用非传统移动方法、传感器和制动器来制作自己的机器人原型。
Hong表示：“由于我们的资金是来自国家科学基金会的，所以我们的最终目标并不是要制作一个能够大规模生产的原型，而是力图突破科学和技术的界线，从而明白这样一种新型的移动方法能有什么样的作用。”
未来研究
但是，Hong并没有把所有精力都放在了WSL上。他还获得了多项资助，目前正在弗吉尼亚理工大学的机器人和机械装置实验室进行多项有关其它非传统移动方式的研究。
Hong说：“我们正在实验室研究多种新型的移动方法。除了这项由NSF赞助的WSL研究计划，我们还在研究轮－足混合式机器人、三足机器人和人形机器人。”Hong在研究的另外三种新型机器人包括带活动轮辐系统的智能移动机器人，智能动态人形机器人和自激励三足动态实验机器人。
Hong是弗吉尼亚理工大学智能足球机器人的顾问，该大学的足球机器人每年都参加RoboCup，这是一项国际性的自动机器人足球赛事。他还是弗吉尼亚理工大学VictorTango机器车队的顾问之一，该队即将参加国防高级研究计划署举办的机器车挑战大赛。
Hong是NASA Summer Faculty Fellowship奖和美国机械工程师协会/通用汽车的青年学者奖的得主，还赢得了ASME机械和机器人会议最佳论文奖。
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