可重構軟體機器人就像一種柔軟的積木，由各種功能模塊組成，可以輕松拆卸并重新安裝成任何想要的形式。一方面，它具備可重構機器人可重用性、可互換性和可擴展性的優(yōu)勢，減少了重新設計時間，降低了制造成本，并提高了產品的通用性；另一方面，它也繼承了軟體機器人柔順、安全的特性，在應對非結構化環(huán)境和處理脆弱的目標物時具備顯著優(yōu)勢。現(xiàn)有的大多數(shù)模塊在設計上都有固定的結構和功能，因此當多個模塊組成的機器人需要調整時，唯有通過更換不同的模塊才能實現(xiàn)重新配置，這對于中間位置的模塊替換以及模塊線纜的重新規(guī)劃是十分不友好的。本研究提出了一種分級可重構的策略。這種策略不僅使機器人具備傳統(tǒng)模塊化方法的優(yōu)勢，即通過模塊間的組合來構建不同的機器人（第一層重構）；還能通過重編程模塊內的彈性引導元件，來提供模塊的多種運動模式（第二層重構）。該設計策略克服了以往模塊化軟體機器人運動模式不可改變的缺陷，將模塊化的設計方法提升到了更高的維度，為機器人調整各種構型和功能提供了更多選擇。例如，利用模塊間的重新配置，可以構造出蠕蟲機器人、全向爬行機器人和軟體機械手等應用實例，此外，由多個模塊串聯(lián)而成的軟體機械臂也能夠通過模塊運動模式的重編程，來重新設計運動軌跡和工作空間，而不必進行整個模塊的更換。該方法顯著降低了模塊化軟體機器人的操作難度和成本。
圖1 分級可重構策略
圖2 模塊及功能單元的連接方式
圖3 模塊多種運動模式的性能
圖5 三模塊并聯(lián)的平面全向移動機器人
圖6 分級可重構的機械臂
原文鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202414279
作者介紹
通訊作者：張文明，上海交通大學機械與動力工程學院特聘教授，博士生導師，國家杰出青年基金獲得者。長期從事微機電系統(tǒng)動力學設計、軟體智能感驅系統(tǒng)等方面的研究，先后主持包括國家自然科學基金重點項目在內的30余項科研項目，在Science Advances、Nature Communications、Advanced Materials等期刊上發(fā)表學術論文280多篇，授權國家發(fā)明專利和軟件著作權100多項，出版和參編專著5本。
通訊作者：李汶柏，同濟大學航空航天與力學學院特聘研究員，博士生導師。主要從事軟驅控技術，仿生機器人動力學設計與控制研究，作為第一作者或通訊作者，相關成果已發(fā)表在Nature Communications，Science Advances, Soft Robotics等國際期刊。
第一作者：房付熠，上海交通大學機械與動力工程學院博士生。研究方向為氣動軟體機器人力學設計和控制研究，相關成果已發(fā)表在The Innovation, Advanced Functional Materials, 《中國科學：物理力學天文學》等國內外期刊。
