研究背景：

随着深空探测任务的快速发展，大型且易碎空间结构（如太空望远镜、太阳帆及桁架结构）的在轨组装与维护已成为下一代空间基础设施建设的关键。这一过程对机械臂的操作适应性与交互安全性提出了严苛要求。传统的刚性机械臂虽然具备高精度，但因缺乏顺应性，在操作中极易损坏脆弱部件，而现有的连续体机器人虽然具备高柔性，却普遍存在刚度难以调控、变形模式单一（通常仅能实现单曲率弯曲）以及可控性差等局限，难以满足复杂多变的空间非结构化环境作业需求。因此，开发一种兼具柔顺性、可变刚度及多曲率变形能力的创新型机器人系统，成为解决当前在轨操作“刚柔矛盾”的关键突破口。

文章概述：

北京科技大学机械工程学院张立元团队联合美国凯斯西储大学曹长勇团队提出了一种受象鼻启发的仿生张拉整体式连续型机器人（bioinspired tensegrity continuum robot，简称BTCR）。该机器人通过将象鼻生物力学与张拉整体力学相结合，构建出一种模块化结构架构，核心创新在于通过协同调控模块内部及模块间的刚度布局，使BTCR能够打破单一曲率限制，实现面向复杂几何轮廓的自适应多曲率变形。上述方案拓展了连续型机器人的设计空间，还揭示了精巧的刚度编程可减少对分布驱动的依赖，提高机器人与环境交互过程中的效率和安全性。由6个模块构成的BTCR原型样机，在特定刚度配置下可实现显著的分段曲率差异，其分段弯曲角度差异可达2倍及以上，最大弯曲角度与曲率分别达到230°和8m^-1。此外，利用刚度编程技术，BTCR展示了针对与在轨装配相关的圆形、椭圆形和多种多边形轮廓的特定几何适应性。这项工作为空间结构组装、折展系统设计、自适应操纵任务等提供了一种创新的解决方案，具有重要的应用价值。

图文导读：

图1.用于在轨装配的仿生张拉整体式连续型机器人（BTCR）

图2.通过模块内刚度分布实现的BTCR自适应曲率配置

图3.通过模块间刚度分布实现的BTCR自适应曲率配置

论文通讯作者为北京科技大学机械工程学院张立元教授和美国凯斯西储大学曹长勇教授，第一作者为北京科技大学机械工程学院硕士生吴育斌。

该项工作获得中国国家重点研发计划（2022YFB4702000）、国家自然科学基金（12072023）和美国国家科学基金会（ECCS-2024649）等项目和凯斯西储大学的资助，谨此感谢。

论文信息：

Programmable‐Stiffness Tensegrity Continuum Robot for Adaptive Multicurvature On‐Orbit Assembly

Yubin Wu, Yongliang Cao, Yi Jin, Ziyu Wang, Li-Yuan Zhang*, Changyong Chase Cao*

Advanced Intelligent Systems

DOI:10.1002/aisy.202501244

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202501244

期刊简介：

Advanced Intelligent Systems是Wiley旗下智能系统领域开放获取旗舰刊。期刊收录关于具有刺激或指令响应智能的人造装置系统的研究，包括机器人、自动化、人工智能、机器学习、人机交互、智能传感和程序化自组装等前沿应用。