2016年5月18日的國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化會(huì)議(International Conference on Robotics and Automation，ICRA)上，來自賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員帶來了一種新型的機(jī)械臂設(shè)計(jì)。這種機(jī)械臂由塑料條帶盤繞、絞合在一起做成。卷曲盤繞的塑料條帶形成一個(gè)可伸縮的圓筒形結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)可以和絞車起貨機(jī)以及纜線組裝在一起，變成可操控的機(jī)械臂。

這個(gè)概念在原理上和Zippermast、Spiralift這些市售系統(tǒng)相似，但以上兩者的設(shè)計(jì)顯然更重也更復(fù)雜。賓大螺旋拉鏈?zhǔn)降脑O(shè)計(jì)只用到一條非常輕質(zhì)的塑料條帶，通過一種非常簡(jiǎn)單的嚙合機(jī)制相連接。塑料條底邊的嚙合齒與下方塑料條上方的嚙合齒相絞合，通過旋轉(zhuǎn)延伸的方式形成一個(gè)圓柱體。通過這種方式制造的機(jī)械臂有著很高的比強(qiáng)度，并且具有格外強(qiáng)的抗壓性能。而且調(diào)整機(jī)械臂的長(zhǎng)度非常簡(jiǎn)單，就像拉開或者拉上一條旋轉(zhuǎn)著的拉鏈一樣，這個(gè)過程完全可逆。你可以把塑料條繞在拉鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)上，從而將機(jī)械臂收束在一個(gè)極小的體積內(nèi)。這樣方便的可逆性操作讓這樣的機(jī)械臂設(shè)計(jì)有望成為相當(dāng)便攜的設(shè)備。

螺旋拉鏈結(jié)構(gòu)只是機(jī)械臂的架構(gòu)，除了能按意愿壓縮或伸長(zhǎng)外，現(xiàn)在還沒有集成驅(qū)動(dòng)。研究人員設(shè)想將機(jī)械臂安裝在萬(wàn)向軸上，與萬(wàn)向軸的三重自由度相結(jié)合，打造一個(gè)6自由度系統(tǒng)。由于機(jī)械臂伸縮比較靈活(特別是在移動(dòng)的時(shí)候)，因此沒有必要在基座上安裝馬達(dá)驅(qū)動(dòng)它。所以，可以采用絞車裝在底座上的形式，用聯(lián)機(jī)線連接機(jī)械臂末端來控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。這樣也保證了施加在材料上的主應(yīng)力是能夠使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的壓應(yīng)力。

在應(yīng)用方面，有如此高比強(qiáng)度，又可以將體積壓縮到很小的系統(tǒng)有很大的發(fā)展?jié)摿?。例如，美?guó)陸軍有興趣將這種機(jī)械臂安裝在陸軍研究實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)的octorotor手臂上。而研究人員還計(jì)劃在用以照看老人的室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人上嘗試這種機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，他們說，這種機(jī)械臂也可以“操控比較大的物體，比如家具”。在ICRA，我們看到了一些爬壁機(jī)器人虛擬樣機(jī)的照片，它可以通過改變其臂長(zhǎng)來托舉自身。這種設(shè)計(jì)在極度優(yōu)先考慮重量和體積的太空行業(yè)中，由于其高強(qiáng)度重量比，也有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。這個(gè)設(shè)計(jì)想法非常巧妙，我們期待著賓夕法尼亞大學(xué)的進(jìn)一步成果。