Pneumatiky poháňa mäkké ruky

Konvenčné robotické chápadlá s pevnými „prstami“ sú zvyčajne drahé, majú obmedzené schopnosti a nie sú zvlášť vhodné na bezpečné zaobchádzanie s citlivými predmetmi. Na prekonanie týchto prekážok vyvíjajú vedci v laboratóriu robotiky a biológie (laboratórium RBO) na Technickej univerzite v Berlíne mäkké robotické chápadlá, ktoré sú prispôsobivé, jednoduché a lacné. Konečným cieľom je úzko napodobňovať činnosť ľudskej ruky.

Okrem iných projektov vykonáva laboratórium RBO základný výskum o tom, ako vytvoriť a kontrolovať, čo nazývajú mäkké ruky. Hlavným cieľom je navrhnúť robustné, prispôsobiteľné a efektívne mäkké ovládače a súvisiace riadiace technológie.

Podľa predstaviteľov laboratória sú tradičné elektromechanické pohony vyrobené z komponentov, ako sú motory, ozubené kolesá, šľachy a spoje, náchylné na opotrebovanie, vyžadujú veľa častí a je ťažké ich zostaviť. Vďaka tomu sú výsledné roboty drahé a pre väčšinu aplikácií nedostupné.

Soft Hands predstavujú odchýlku od klasického dizajnu robotov a rúk, pretože konkrétne využívajú mechanické poddajnosti spojené so sofistikovanými stratégiami riadenia. Pohyby prstov sú poháňané stlačeným vzduchom. Cieľom je uľahčiť uchopenie, flexibilitu a prispôsobivosť pri obetovaní ultravysokého určovania polohy, ktoré nie je v mnohých aplikáciách potrebné.

Laboratórium vyvinulo niekoľko prototypov. Najnovšia verzia sa nazýva RBO Hand 2, údajne lacná, vysoko kompatibilná a obratná antropomorfná ruka. Prsty, nazývané ovládače PneuFlex, sú vyrobené zo silikónového kaučuku vystuženého vláknami pomocou procesov výroby aditív a formovania. V budúcnosti môžu byť mäkké ovládače tlačené v 3D v jednom výrobnom kroku s použitím rôznych materiálov a vzorov, aby sa poskytli konkrétne užívateľom definované schopnosti.

Konštrukcia prsta obsahuje gumovú hornú časť a gumu vloženú do nepružných vlákien v spodnej časti. Pri stlačení prsta stlačeným vzduchom sa horná časť roztiahne, zatiaľ čo spodná polovica nie. Výsledné rozdiely v dĺžke medzi hornou a spodnou časťou spôsobujú ohýbanie ovládača. Špirálovo vystužené spevňovacie vlákna zosilňujú a stabilizujú tvar ovládača, takže flfikácia skôr vedie k ohybu než k radiálnemu roztiahnutiu.

Tím tiež skúma zabudovanie mäkkých senzorov do ovládačov PneuFlex. Väčšina existujúcich senzorových technológií nie je kvôli vysokej deformovateľnosti kompatibilná s pružnými ovládačmi. Vedci skúmajú alternatívne technológie snímania, ako sú napríklad: snímače deformácie tekutých kovov na snímanie deformácií; strúhanie optických vlákien do snímacieho tvaru; vodivé termoplastické elastomérové vlákna na meranie napätia; a dotykové snímanie s roztiahnuteľnými viacvrstvovými kapacitnými povrchmi.

RBO Hand 2 je ovládaný pomocou relatívne lacného PneumaticBoxu, systému vyvinutého pre synchronizáciu a kontrolu pneumatických prstov v reálnom čase. Hardvér PneumaticBox obsahuje rad 5/3 ventilov a zabudovaný počítač (Beaglebone Black) spolu s ovládačmi ventilov, tlakovými senzormi a napájaním 24 V. Využíva široko používaný robotický softvér s otvoreným zdrojovým kódom (ako je skriptovanie ROS, RoboticsLab RLab a Python) a dá sa ovládať na diaľku prostredníctvom siete TCP / IP.

RBO Hand 2 bol vyvinutý na preskúmanie schopností a limitov robotických rúk, keď sa spoliehal iba na mäkké, deformovateľné štruktúry. Jedinečná prispôsobivosť zariadenia ponúka niekoľko výhod, napríklad:

Ľahko odoláva kolíziám

Ponúka energie s nízkym dopadom

Pasívne vyhovujúce prsty a kontakt dlane oddeľujú ruku od ramena robota, čo stabilizuje kontrolu sily

Adaptabilita na rôzne tvary objektov zjednodušuje ovládanie prstov

Pneumatické ovládanie umožňuje zložité geometrie rúk a ovládača

A konečne, ďalším dôležitým aspektom práce je podľa úradníkov laboratória RBO, že v porovnaní s elektromechanickými rukami je inžinierstvo soft robotov stále v plienkach. Pokračujúci výskum v oblasti dizajnov, ovládacích prvkov a technológií týkajúcich sa mäkkých rúk by mal viesť k ďalším prielomom.