說起機器人或者機械加工的機械臂，你想到的還是又重沉又笨重的鋼鐵大塊頭?你已經out啦!賓夕法尼亞大學的研究者已經研究出了又輕又好用，還可以便攜的機械臂!
賓夕法尼亞大學研發出便攜式機械臂
盡管機械臂用處非常廣泛，但是它們通常又沉又笨重，需要很多支持結構才能讓它們順利運行。如果你需要的是精度和速度，這些弊端可能是不可避免的。但如果你想要的是長距離，高比強度，以及非常低的成本(這些特質對于機械臂來講是很高的要求)，這里為你準備了另一種選擇。在5月18日的國際機器人與自動化會議(International Conference on Robotics and Automation，ICRA)上，來自賓夕法尼亞大學的研究人員帶來了一種新型的機械臂設計。這種機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可伸縮的圓筒形結構，這個結構可以和絞車起貨機以及纜線組裝在一起，變成可操控的機械臂。
這個概念在原理上和Zippermast、Spiralift這些市售系統相似，但以上兩者的設計顯然更重也更復雜。賓大螺旋拉鏈式的設計只用到一條非常輕質的塑料條帶，通過一種非常簡單的嚙合機制相連接。塑料條底邊的嚙合齒與下方塑料條上方的嚙合齒相絞合，通過旋轉延伸的方式形成一個圓柱體。通過這種方式制造的機械臂有著很高的比強度，并且具有格外強的抗壓性能。而且調整機械臂的長度非常簡單，就像拉開或者拉上一條旋轉著的拉鏈一樣，這個過程完全可逆。你可以把塑料條繞在拉鏈式結構上，從而將機械臂收束在一個極小的體積內。這樣方便的可逆性操作讓這樣的機械臂設計有望成為相當便攜的設備。
螺旋拉鏈結構只是機械臂的架構，除了能按意愿壓縮或伸長外，現在還沒有集成驅動。研究人員設想將機械臂安裝在萬向軸上，與萬向軸的三重自由度相結合，打造一個6自由度系統。由于機械臂伸縮比較靈活(特別是在移動的時候)，因此沒有必要在基座上安裝馬達驅動它。所以，可以采用絞車裝在底座上的形式，用聯機線連接機械臂末端來控制機械臂的運動。這樣也保證了施加在材料上的主應力是能夠使結構穩定的壓應力。
在應用方面，有如此高比強度，又可以將體積壓縮到很小的系統有很大的發展潛力。例如，美國陸軍有興趣將這種機械臂安裝在陸軍研究實驗室正在開發的octorotor手臂上。而研究人員還計劃在用以照看老人的室內移動機器人上嘗試這種機械臂的設計，他們說，這種機械臂也可以“操控比較大的物體，比如家具”。在ICRA，我們看到了一些爬壁機器人虛擬樣機的照片，它可以通過改變其臂長來托舉自身。這種設計在極度優先考慮重量和體積的太空行業中，由于其高強度重量比，也有很強的應用前景。這個設計想法非常巧妙，我們期待著賓夕法尼亞大學的進一步成果。
2016年，在瑞典斯德歌爾摩召開的ICRA 大會上，來自賓夕法尼亞大學GRASP實驗室(general robotics, automation, sensing & perception laboratory at Penn)的Foster Collins 和 Mark Yim展示了“帶有螺旋拉鏈關節的機械臂”。
