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，在應對非結構化環境和處理脆弱的目標物時具備顯著優勢。現有的大多數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模塊化方法的優勢，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動力學設計、軟體智能感驅系統等方面的研究，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等期刊上發表學術論文280多篇，授權國家發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，相關成果已發表在The Innovation, Advanced Functional Materials, 《中國科學：物理力學天文學》等國內外期刊。
