国际机器人权威期刊《npj Robotics》刊发多伦多大学机器人研究所连续体机器人实验室重磅成果,团队推出CRAFT 模块化 3D 打印柔性关节设计库,仅依靠 6 款标准化 3D 打印 “骨节” 单元,通过差异化组合即可快速搭建三副功能完全迥异的连续体机器人机身,分别实现飞机机翼内部检测、狭小弯管蠕动巡检、易碎物品精密轻触操作,大幅降低特种柔性机器人研发、定制与迭代成本。
传统连续体机器人为任务专属定制,航空检测、管道探伤、精密夹持设备机械结构、驱动匹配完全割裂,更换作业场景需重新设计、开模、整机制造,研发周期长、复用性极低。针对这一行业痛点,研究团队基于 TPU 柔性材料一体化 3D 打印工艺,设计 6 类标准化力学骨节模块,包含单向刚度模块、定向刚度模块、伸缩传力模块、微型柔顺模块、基础连接模块、驱动腱路模块,全部采用统一插接接口,无需改造驱动、控制线路与伺服单元,仅调整模块排列顺序、搭配比例即可重构整机力学特性。
三套机器人样机实测性能表现亮眼:
第一副机翼检测机械臂,组合单向、定向刚度骨节优化机身抗下垂性能。原始结构空载自重下垂 55 毫米,替换定制刚度模块后下垂量缩减 41% 至 33 毫米,机身刚性与弯曲柔顺度实现平衡,可深入飞机机翼封闭腔体完成内部无损探伤,检测覆盖区段由 3 段拓展至 4 段,适配民航、军机日常检修场景。
第二副弯管爬行巡检机器人,搭配伸缩传力模块形成尺蠖式蠕动结构。样机可完整通行内径 50 毫米、总长 826 毫米复合管路,包含直管、90° 直角弯管、30° 爬坡管道;直管行进速度 1.2mm/s,直角弯管 1.0mm/s,斜坡 0.53mm/s,依靠机身柔顺形变被动适配管道转向,无需复杂主动形变控制系统,适用于化工、暖通、油气细管道内部缺陷排查。
第三副微小型精密操作软体手,采用缩小版柔顺骨节拼接,机身极致轻量化、低阻抗,可完成敲鸡蛋等极限轻柔操作,接触力精准可控,不会压碎蛋壳,未来可拓展生鲜分拣、生物医药微操作、精密电子元器件装配等人机安全交互场景。
项目核心创新在于标准化力学积木式架构:所有骨节统一 3D 打印成型,单模块打印耗时不足 30 分钟,桌面级 FDM 设备即可量产;统一机械、电气接口兼容通用肌腱驱动控制系统,科研机构、工业企业无需从零开展机械设计,根据工况选配模块快速组装样机,机器人开发周期缩短 70% 以上。
研究团队表示,CRAFT 模块库已开源全套 3D 模型与控制适配方案,后续将迭代耐高温、耐腐蚀特种材质骨节,拓展核电管道、深空设备检修、微创手术器械等高端场景应用。这套模块化体系打通柔性机器人 “一库多用” 的技术壁垒,为航空维保、工业探伤、精密制造领域轻量化特种机器人落地提供低成本、高灵活的全新解决方案。