Пневматические Силы Мягких Рук

Обычные роботизированные захваты с жесткими «пальцами», как правило, дороги, имеют ограниченные возможности и не особенно подходят для безопасной работы с деликатными объектами. Чтобы преодолеть такие препятствия, исследователи из Лаборатории робототехники и биологии (RBO Lab) в Техническом университете Берлина разрабатывают мягкие роботизированные захваты, которые являются адаптивными, простыми и недорогими. Конечная цель состоит в том, чтобы близко имитировать действия человеческой руки.

Помимо других проектов, лаборатория RBO проводит фундаментальные исследования о том, как создавать и контролировать то, что они называют Soft Hands. Основное внимание уделяется разработке надежных, настраиваемых и эффективных мягких приводов и соответствующих технологий управления.

По словам представителей лаборатории, традиционные электромеханические приводы, изготовленные из таких компонентов, как двигатели, шестерни, сухожилия и звенья, подвержены износу, требуют много деталей и их трудно собрать. Это делает полученные роботы дорогими и, для большинства приложений, недоступными.

Мягкие руки представляют собой отход от классического дизайна руки робота, потому что они специально используют механическое соответствие в сочетании со сложными стратегиями управления. Движения пальцев приводятся в действие сжатым воздухом. Цель состоит в том, чтобы сделать захват простым, гибким и адаптируемым, жертвуя сверхточным позиционированием, которое не является необходимым во многих приложениях.

Лаборатория разработала несколько прототипов. Последняя версия получила название RBO Hand 2, как сообщается, недорогая, очень гибкая и ловкая антропоморфная рука. Пальцы, называемые приводами PneuFlex, изготовлены из армированного волокнами силиконового каучука с использованием процессов изготовления добавок и формования. В будущем мягкие приводы могут быть напечатаны в 3D за один этап производства с использованием различных материалов и конструкций, чтобы обеспечить определенные пользовательские возможности.

Конструкция пальца включает в себя резиновую верхнюю часть и резиновую вставку с неэластичными волокнами в нижней части. При нагнетании пальца сжатым воздухом верхняя часть вытягивается, а нижняя - нет. Результирующие различия в длине между верхом и низом приводят к изгибу привода. Спирально намотанные армирующие волокна усиливают и стабилизируют форму привода, поэтому инфляция приводит к изгибу, а не к радиальному расширению.

Команда также исследует встраивание мягких датчиков в приводы PneuFlex. Из-за высокой деформируемости большинство существующих сенсорных технологий несовместимы с гибкими приводами. Чтобы добавить возможности тактильной обратной связи, исследователи изучают альтернативные сенсорные технологии, такие как: датчики деформации жидкого металла для определения деформации; решетка оптических волокон для определения формы; проводящие термопластичные эластомерные волокна для измерения деформации; и сенсорный сенсор с растягивающимися многослойными емкостными поверхностями.

RBO Hand 2 управляется с помощью относительно недорогого PneumaticBox, системы, разработанной для синхронизации в реальном времени и управления пневматическими пальцами. Аппаратное обеспечение PneumaticBox включает в себя массив из 5/3 клапанов и встроенный компьютер (Beaglebone Black), а также драйверы клапанов, датчики давления и источник питания 24 В. Он использует широко используемое роботизированное программное обеспечение с открытым исходным кодом (такое как ROS, RoboticsLab RLab и Python) и может управляться удаленно через сеть TCP / IP.

RBO Hand 2 была разработана для исследования возможностей и ограничений роботизированных рук при использовании только мягких, деформируемых конструкций. Уникальная адаптивность устройства предлагает несколько преимуществ, таких как:

Легко противостоит тупым столкновениям

Обеспечивает низкую энергию удара

Пассивно совместимый контакт пальцев и ладоней от руки робота, стабилизирующий контроль силы

Адаптируемость к различным формам объектов упрощает управление пальцами

Пневматическое приведение в действие позволяет сложную геометрию руки и привода

Наконец, еще один важный аспект работы, по словам представителей RBO Lab, заключается в том, что разработка мягких роботов все еще находится в зачаточном состоянии по сравнению с электромеханическими руками. Дальнейшие исследования в области дизайна, управления и технологий, связанных с мягкими руками, должны привести к дальнейшим прорывам.