文献综述
1.套索驱动空心杆机器人的现状
近年来,随着机器人技术的飞速发展,除了工业机器人水平不断提高之外,各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。像海洋开发、宇宙探测、建筑、医疗、农林业、服务、灾难搜救、娱乐欣赏等行业都提出了自动化和机器人化的要求。应用领域不同,对机器人本身的结构和功能要求不同,如在废墟和井下或管道搜救、大型设备内部、微创手术等空间狭小的领域,要求传动及执行部件具有运动可控而又细长的轻巧型机器人。尽管在该领域国内外学者已经做了很多研究,也开发出许多狭小空间作业机器人,如从可变形(多态)搜救机器人、蛇形机器人到身高不足3 cm的苍蝇仿生搜救机器人及各种微创手术机器人等。但现有这些产品由于驱动技术的限制及用途需要等原因其大多是结构复杂、体积庞大,有的体积小,却成本高。
套索传动具有结构简单、柔软、外形尺寸小、传动路线灵活等特点,在各种车辆刹车传动系统、仪表系统及机器人灵巧手设计中得到广泛应用。尽管套索受力后产生的弹性变形及索和套间存在较大的摩擦力,限制了套索在精密传动和机器人中的广泛应用,但随着计算机、传感器和控制等学科的发展,采用先进的控制方法和先进制造技术,克服套索传动中误差的影响,发挥其柔性细长的传动特点,发展其应用具有重要意义。而一些学者对套索传动特性和补偿控制进行的研究及取得的成果也使套索传动的应用更具现实意义和经济价值。
2.发展趋势
套索驱动空心杆机器人是一类细长柔软机器人,头部具有运动可控的操作部分,中间具有柔软细长的身体,驱动部分安装在基座中。由于结构精巧紧凑,减小了其尺寸和质量,因此目前主要发展方向如下:
①由于大灾难的大部分受害者都位于废墟堆内部,只有一小部分可以最终生存,因此可以在密闭空间搜索的机器人可以找到并挽救更多生命。目前灾后搜救机器人的研究大多数是针对废墟表面的,应用于废墟内部搜救的机器人目前开展的还不多。由于发生灾害后实际废墟空间直径很小,研究此类套索驱动细长空心杆救援机器人需要考虑到尺寸、驱动方式、摄像装置及控制器等许多部分,因此对于这方面的研究应用主要朝着体积更小、操作更方便、安全性能更高等方向完善发展。
②20世纪以来,随着人们对自身疾病诊治手段提出了越来越高的要求,特别是微创外科的成形和发展,医学界提出所谓微创应具备手术创伤小、瘢痕轻、恢复快等特点,机器人技术以及相关学科的日益进步,一批能够不同程度上取代手术医生的微创手术机器人随之产生,用手术机器人完成微创手术成为事实。其中面向耳道、鼻腔、喉腔和食道等人体狭小的自然腔道手术的遥操作外科手术系统及基于套索驱动的腔内手术机器人的研制也越来越受到重视,并在逐步进行该方面设备的改进和技术的完善。
