哈爾濱工業(yè)大學(xué)近期在《Soft Robotics》雜志上發(fā)表了最新研究成果“Novel Bending and Helical Extensile/Contractile Pneumatic Artificial Muscles Inspired by Elephant Trunk”，研制了一系列伸長(zhǎng)型和收縮型的彎曲或螺旋氣動(dòng)人工肌肉(Pneumatic Artificial Muscles, PAM)，作者通過建立數(shù)學(xué)模型和性能表征實(shí)驗(yàn)等方法，以具象的三維曲面簇的形式對(duì)軸向、彎曲和螺旋氣動(dòng)人工肌肉進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究，為研究和設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)可靠的設(shè)計(jì)參考圖譜。

圖1：象鼻肌肉纖維啟發(fā)的彎曲與螺旋氣動(dòng)人工肌肉

作者通過一個(gè)仿象鼻的多自由度柔性臂來(lái)探索彎曲和螺旋氣動(dòng)人工肌肉在柔性機(jī)器人領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。收縮式氣動(dòng)人工具有很大的輸出或負(fù)載能力，而伸長(zhǎng)型氣動(dòng)人工肌肉可以產(chǎn)生更多的變形。所以研究者根據(jù)不同驅(qū)動(dòng)器的輸出特性，第一段使用收縮式彎曲氣動(dòng)人工肌肉以承受最大的載荷，第二部分利用伸長(zhǎng)式彎曲氣動(dòng)人工肌肉提供更大的運(yùn)動(dòng)范圍。同時(shí)，螺旋型氣動(dòng)人工肌肉被安裝在末端，以模仿象鼻的動(dòng)作抓住各種物體。整個(gè)柔性臂的總長(zhǎng)度和最大直徑分別為65.5 cm和2.5 cm，因此，柔性機(jī)械手的長(zhǎng)度/直徑比可達(dá)26.2，甚至比真正的象鼻還要大。

圖2：仿生象鼻抓取物體和三維運(yùn)動(dòng)空間

哈爾濱工業(yè)大學(xué)冷勁松教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)馬里蘭大學(xué)Norman M. Wereley教授團(tuán)隊(duì)合作完成此項(xiàng)工作，論文通訊作者為冷勁松教授，第一作者為哈爾濱工業(yè)大學(xué)管清華博士，研制的軸向、彎曲和螺旋氣動(dòng)人工肌肉具有優(yōu)異的適應(yīng)性、靈活性和可設(shè)計(jì)性，可以被廣泛地應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)輔助外骨骼、可穿戴設(shè)備、生物醫(yī)療機(jī)器人、柔性分類機(jī)器人、搜索機(jī)器人等。