IROS 2016 | 機器人也是攀巖好手，斯坦福大學打造微型多刺抓爪

早在十多年前，來自斯坦福大學的機器人專家就開始用極小的刺陣列幫助攀巖機器人抓握粗糙的表面。此后，這類微型多刺抓爪被應用于各種機器人的研究中。近期，連 NASA 都意識到微型多刺抓爪是幫助宇宙飛船附著于小行星的上上策。

兩天前，在舉辦于韓國的 IROS 2016 智能機器人與系統國際會議上，來自斯坦福大學的 Shiquan Wang 展示了一款針對攀巖機器人的微型多刺手掌。這種微型刺支撐的重量可以達到舊式設計的四倍，如此卓越的進步足以讓噴氣推進實驗室（JPL）的 RoboSimian DRC 機器人成為攀巖冠軍。是的！有了這種微型多刺手掌的幫助，RoboSimian DRC 機器人不僅可以爬上斜坡，還能在垂直的巖石表面攀爬，甚至連陡峭的懸巖也難不倒它！

實際上，這種微型刺的運作原理類似于小爪子。雖然每個刺都又細又短，抓握面積不大，但是只要總數夠多，就可以支撐（或者說承受）極大的重量，正所謂眾人拾柴火焰高嘛。前一代的微型刺設計，包括NASA用于小行星重定向任務（Asteroid Redirect Mission）的那些微型刺的柔性都非常高，它們可以通過讓每個微型刺找到自己專屬的微小抓握點，抓住粗糙至極的表面。這種柔性很強的設計應用面非常廣，性能也相對穩定。但因為柔性機制使得微型刺的整體變得比較笨重，所以能塞入抓爪的微型刺的數量就少了。

來來來！近距離看看這些微型多刺抓爪。

如果你想要支撐起盡可能大的重量，從而進行諸如攀巖這樣的活動的話，就需要在表面插入盡可能多的刺來支撐重量，換句話說，你必須要采用其它的設計了。這正是斯坦福大學決定設計新型抓爪設計的原因：如果去除刺幾乎所有的柔性，就能夠大大提高刺的密度。刺的表面積占比下降了，但因為能塞進總量更多的刺，所以最終hold住的重量會大得多。

左圖對比了舊款的刺機制設計（上）和新款的線性約束設計（下）；右圖則顯示刺磚片（上）和單個帶有微型彈簧的刺（下）

這些新刺的設計簡單明了：每根15毫米長的鋼刺套入3D打印的套管，連接彈簧會將其下壓到它嘗試抓握的表面。柔性軸能夠輔助刺抓握粗糙的表面，60根刺會形成一個面積為18毫米 x 18毫米的“磚片”。然后，十二個磚片會共同組成這個手掌原型，每個磚片都有些許回旋的空間，這有助于它更好地優化負載分配。所有的刺都會稍稍傾向手掌抓握的表面，這意味著它們會在有力量施加到手掌的時候發揮作用，而一旦力量往相反方向抽離，手掌也能夠輕松脫離表面。

研究人員在九種不同的表面上對這個完整的手掌原型進行了測試，取得了高達710N的剪切附著力，相當于舊式設計的四倍多。除了極其平滑或者粗糙的表面，它還適用于包括混凝土面層在內的多數巖石表面。接下來，該手掌將運用到包含被微型刺覆蓋的柔性手指和腳趾上。

至于未來，噴氣推進實驗室（JPL）的RoboSimian機器人將利用這種設計實現什么樣的功能，我們拭目以待。

via IEEE Spectrum

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