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SCCRUB:表面清洁合规机器人利用刷毛技术

JakubF.Kowalewski,KeeyonHajjafar,AlyssaUgentandJeffreyIanLipton

摘要—清洁表面是一项体力消耗大且耗时的任务。去除附

着的污染物需要通过压力和扭矩或高侧向力产生的大量摩擦。虽

然刚性机器人操纵器能够施加这些力量，但由于安全风险，它们

通常被限制在与人隔离的结构化环境中。相比之下，软体机器臂

可以在人类周围安全工作并适应环境不确定性，但通常难以传递

擦洗所需的连续扭矩或侧向力。在这里，我们展示了一个软体机

器臂使用扭矩和压力清洁附着残留物的任务，这是传统上对软机

器人具有挑战性的任务。我们训练一个神经网络来学习手臂的逆

运动学和弹性，这使得以开环方式进行力量和位置控制。利用这

本个学习模型，机器人成功地从盘子上去除了烧焦的食物残渣，并

译从马桶座圈上去除了粘稠的果酱残留物，平均去除了99.7%的

中污染物。这项工作展示了能够施加连续扭矩的软体机器人如何有

效地且安全地清洁表面的挑战性污染物。

1

v

3I.介绍

5

0清洁是一项劳动密集型任务，使工人暴露于各种健

6

0康风险[1]。最难清除的污垢通常需要刷洗，这包括高

.

7强度和重复动作，增加了肌肉骨骼损伤的风险[2],[3]。

0

5对清洁机器人需求的增长预计到2032年全球市场规模图1.软擦洗机器人概述。(A)使用肌腱驱动手臂（毫米），并且在

2将达到408亿美元[4]。在这个市场中，擦洗机器人主末端执行器上安装了刷子和质量块。基座处的电机通过集中传递扭矩来驱动

:刷子。(B)手臂的顺应性使高接触表面交互变得安全。

v要被部署在户外用于清洗船体[5]、游泳池[6]、窗户[7]

i

x

r和太阳能板[8]。然而，在有人居住的环境中，机器人

a完全刚性的机器人操纵器可以施加大力和力矩。然

清洁机主要局限于清理地板[9]。存在对能够安全地在

而，它们的高刚性和惯性带来了安全风险[14]，通常导

人类周围工作并清洁常见家用表面（如盘子、桌子和厕

致它们在结构化且隔离的环境中工作。相比之下，软体

所）的机器人的未满足需求。

机器人手臂可以在接触时柔顺变形，从而安全地围绕人

清洗依靠生成摩擦力来破坏污染物与表面之间的

类运行[15]。然而，软操纵器通常难以提供有效的刷洗

粘附键[10]。不像松散的颗粒或液体可以通过最小接触

所需的持续扭矩或持久侧向力。

扫除或擦拭，附着的污染通常需要通过刷子、海绵或

在本文中，我们介绍了SCRUBB，一种利用刷毛

布等工具施加大量的摩擦力才能清除[11]。这些摩擦力

的表面清洁顺应机器人。这项工作基于TRUNC臂，该

可以在表面-工具界面通过施加法向力和扭矩或大的侧

臂通过柔软可伸缩、恒定速度耦合器[16]传输连续扭

向力来生成[12]。特别是，旋转刷对去除表面污染非常

矩。我们