Пневматика захранва меки ръце

Конвенционалните роботизирани захващащи устройства с твърди „пръсти“ обикновено са скъпи, имат ограничени възможности и не са особено подходящи за безопасно боравене с деликатни предмети. За да преодолеят подобни препятствия, изследователите от лабораторията по роботика и биология (RBO Lab) в Техническия университет Берлин разработват меки роботизирани захващащи устройства, които са адаптивни, прости и евтини. Крайната цел е тясно да имитира действията на човешката ръка.

Сред другите проекти, лабораторията RBO извършва основни изследвания за това как да създадете и контролирате това, което наричат Soft Hands. Основният акцент е да се проектират здрави, приспособими и ефективни меки задвижвания и свързаните с тях технологии за управление.

Според служителите на лабораторията традиционните електромеханични задвижвания, изградени от компоненти като двигатели, зъбни колела, сухожилия и връзки са склонни към износване, изискват много части и са трудни за сглобяване. Това прави получените роботи скъпи и за повечето приложения недостъпни.

Меките ръце представляват отклонение от класическия дизайн с ръка-робот, защото специално използват механичното съответствие, съчетано със сложни стратегии за контрол. Движенията на пръстите се задвижват от сгъстен въздух. Целта е да се направи захващането просто, гъвкаво и адаптивно, като същевременно се жертва ултра прецизно позициониране, което не е необходимо в много приложения.

Лабораторията е разработила няколко прототипа. Най-новата версия е наречена RBO Hand 2, съобщава се за евтина, високо съвместима и сръчна антропоморфна ръка. Пръстите, наречени задвижващи механизми PneuFlex, са изработени от силиконов каучук, подсилен с влакна, използвайки процеси за производство на добавки и формоване. В бъдеще меките изпълнителни механизми могат да бъдат отпечатани 3D в една производствена стъпка, използвайки различни материали и дизайни, за да осигурят специфични потребителски възможности.

Конструкцията на пръстите включва гумена горна секция и гума, вградена с нееластични влакна в долната част. При натискане на пръста с въздух под налягане принуждава горната част да се удължи, докато долната половина не го прави. Получените различия в дължината между горната и долната част на двигателя предизвикват огъване. Спирално усилените арматури укрепват и стабилизират формата на задвижването, така че финансът води до огъване, а не до радиално разширяване.

Екипът също изследва вграждането на меки сензори в задействащите устройства PneuFlex. Поради високата деформируемост, повечето съществуващи сензорни технологии не са съвместими с гъвкави задействащи механизми. За да добавят възможности за тактилна обратна връзка, изследователите изследват алтернативни сензорни технологии като: сензори за течност-метал за деформация на чувствителността; решетка на оптични влакна за усещане на формата; проводими термопластично-еластомерни влакна за измерване на напрежение; и сензорно докосване с разтегливи многослойни капацитивни повърхности.

RBO Hand 2 се управлява с помощта на сравнително евтин PneumaticBox, система, разработена за синхронизация в реално време и контрол на пневматичните пръсти. Хардуерът на PneumaticBox включва масив от 5/3 клапани и вграден компютър (Beaglebone Black), заедно с драйвери за клапани, сензори за налягане и 24-V захранване. Той използва широко използван, отворен код роботизиран софтуер (като ROS, RoboticsLab RLab и Python скриптове) и може да се контролира дистанционно чрез TCP / IP мрежа.

RBO Hand 2 е разработен, за да изследва възможностите и границите на роботизираните ръце, когато разчита само на меки, деформируеми структури. Уникалната адаптивност на устройството предлага няколко предимства, като например:

Лесно издържа на тъпи сблъсъци

Предлага ниски енергии за удар

Пасивно съвместими пръсти и длани отделят контакт от ръката на робота, стабилизиращ контрол на силата

Приспособимостта към различни форми на обекта опростява контрола на пръста

Пневматичното задействане позволява сложна геометрия на ръката и задвижването

И накрая, друг важен аспект на работата, според служители на RBO Lab, е, че инжекцията с меки роботи все още е в начална възраст, в сравнение с електромеханичните ръце. Продължаващите изследвания на дизайна, контрола и технологиите, свързани с меките ръце, трябва да доведат до по-нататъшни пробиви.