采用折紙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的機(jī)器手臂面臨兩個(gè)難題：難以承受外力、難以輕松啟動(dòng)。韓國首爾國立大學(xué)的研究人員利用變剛度的概念開發(fā)了一種新型機(jī)器手臂，通過可折疊鎖扣這一關(guān)鍵設(shè)計(jì)有效克服了這些問題。該機(jī)器人手臂可以用單根線改變形狀，提高了折紙結(jié)構(gòu)的實(shí)用性，并且手臂重量輕，可以像自動(dòng)雨傘一樣折疊并延伸，還可以迅速變得堅(jiān)硬。

 

　　可變剛度機(jī)器手臂的設(shè)計(jì)原理源于薩魯斯直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（Sarrus linkage），研究人員設(shè)計(jì)了開鎖和閉鎖模式：首先，手臂的每個(gè)單元由頂層和底層兩個(gè)方面、四條桿鏈組成，其中每個(gè)桿鏈均由兩條支鏈組成，并經(jīng)由三個(gè)連接點(diǎn)連接到頂層和底層（圖A），相同長度的支鏈可以確保結(jié)構(gòu)平整折疊（圖B-C）。為保證手臂結(jié)構(gòu)的變剛度要求，需要設(shè)計(jì)一個(gè)鎖扣。通過在結(jié)構(gòu)內(nèi)部楔入一個(gè)鎖扣，可以有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的展開與折疊。閉鎖模式 ：當(dāng)鎖扣在閉鎖位置時(shí)（圖D），支鏈無法折疊，閉鎖機(jī)制限制了折疊模塊的自由度，并提升了模塊整體的剛度。開鎖模式：當(dāng)鎖扣在開鎖位置時(shí)（圖F），鎖扣旋轉(zhuǎn)了90°，與另一側(cè)面重合，此時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)施加垂直的力，鎖扣與重合面一致平折，將多個(gè)該單元結(jié)構(gòu)自上而下組合，形成了可變剛度機(jī)器手臂。通過使用該原理，重量小于30g的折疊結(jié)構(gòu)（尺寸為40mm×40mm×100mm）可承受超過12kg的壓力載荷。另一方面，鎖扣可以輕松解鎖，并且該結(jié)構(gòu)僅需通過用一個(gè)很小的力拉一根單線即可實(shí)現(xiàn)折疊。

 

　　無人機(jī)的搭載環(huán)境對(duì)重量和尺寸有著極為嚴(yán)格的限制，采用可折疊機(jī)器手臂可使其優(yōu)勢最大化。在一次試驗(yàn)中，無人機(jī)展開機(jī)器手臂，成功在溝渠內(nèi)拾取物體。當(dāng)機(jī)器手臂閑置時(shí)，會(huì)折疊平放以保持機(jī)體機(jī)動(dòng)性，便于起飛和著陸?？勺儎偠葯C(jī)制還可應(yīng)用于如極地、沙漠、水下和太空等極端環(huán)境中其他類型的機(jī)器人和結(jié)構(gòu)。

 

　　雖然柔性機(jī)器人在靈活運(yùn)動(dòng)方面有很大的優(yōu)勢，但是它們的局限性也很明顯，即承受高負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生變形。這種機(jī)器手臂采用變剛度技術(shù)，兼?zhèn)淞藙傂院腿嵝詸C(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器手臂可以在不使用時(shí)折疊平放，并且在必要時(shí)可以變硬。此外，手臂由堅(jiān)韌的防撕裂織物復(fù)合材料和經(jīng)過特殊處理的強(qiáng)力PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）薄膜組合而成，實(shí)用性強(qiáng)。研究人員表示，這種機(jī)器手臂有助于在狹窄空間實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測和抓取。