В течение десятилетий исследователи работали над созданием роботизированных рук, которые имитируют ловкость человеческих рук в том, как они берут предметы и манипулируют ими. Однако эти более ранние роботизированные руки не могли противостоять физическим воздействиям, которые могут возникнуть в неструктурированных средах. Исследовательская группа разработала компактный роботизированный палец для ловких рук, способный выдерживать физические воздействия в рабочей среде.
Группа исследователей из Харбинского технологического университета (Китай) опубликовала свою работу в журнале Frontiers of Machine Engineering 14 октября 2022 года.
Роботы часто работают в непредсказуемых, а иногда и небезопасных условиях. Физических столкновений нельзя избежать, когда для работы в неструктурированных средах требуются роботизированные руки с несколькими пальцами, например, в условиях, когда препятствия перемещаются быстро или робот должен взаимодействовать с людьми или другими роботами.
Энергия, генерируемая этими ударами, может повредить аппаратные системы роботизированных рук. Нынешние ловкие руки жесткие и поэтому легко повреждаются физическими ударами и столкновениями. Нужны роботы, оснащенные крепкими, ловкими руками, способными выдерживать физические воздействия. Исследовательская группа работала над созданием пальца робота, который мог бы имитировать человеческий палец по ловкости, а также по способности поглощать и выдерживать физические удары.
«Это позволит ловкой руке иметь лучшую механическую прочность, тем самым решив проблему, заключающуюся в том, что жесткая ловкая рука легко повреждается физическими столкновениями в неструктурированных средах», — сказал Ивэй Лю, профессор Харбинского технологического института, Китай.
В современной технологии, включающей роботизированные руки, используется система привода с переменной жесткостью. Эти системы разработаны, чтобы сделать возможными ловкие характеристики роботизированной руки. В человеческом теле естественная жесткость и гибкость мышц варьируется в зависимости от выполняемой задачи. Приводы с переменной жесткостью обеспечивают человеческую гибкость и регулировку жесткости руки робота в зависимости от выполняемой задачи.
Привод переменной жесткости приводится в действие двумя приводами. Это означает, что роботизированная ручная система должна иметь два набора замедлителей, исполнительных устройств и датчиков. Поскольку сложность, вес и объем привода с переменной жесткостью увеличиваются, он бесполезен в качестве решения для создания компактной ловкой руки.
Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа разработала антагонистический механизм пальца переменной жесткости. Этот палец основан на зубчатой передаче, которая, как правило, более надежна и проще в производстве и обслуживании, чем современные ловкие руки с тросовым приводом. Механически прочный палец основан на концепции механической пассивной податливости, когда контактные силы между роботизированным манипулятором и жесткой средой контролируются.
Механический палец может поглощать физические воздействия, а также обладает способностью регулировать свою жесткость в зависимости от требований выполняемой задачи. Преимущество этого пальцевого механизма заключается в том, что он обеспечивает регулируемую функцию жесткости и очень компактную конструкцию без веса и сложности дополнительных приводов.
Прототип пальца, разработанный командой, весит 480 грамм и изготовлен из сплава и материала, напечатанного на 3D-принтере. Команда провела серию тестов на захват и манипулирование пальцем. Они использовали множество типичных объектов — цилиндрические объекты, прямоугольные объекты и сферические объекты — разных размеров, чтобы проверить способность пальца хватать.
Их пальцевый механизм оказался надежным, выдерживая физические воздействия, а также хорошо справляется с силой, хватанием и манипулированием.
В преддверии будущих исследований команда планирует улучшить диапазон регулировки жесткости пальца, а также работать над тем, чтобы сделать его более компактным по размеру и весу. Конечной целью является проектирование и изготовление полной ловкой руки. «Это исследование имеет большое значение для улучшения уровня манипулирования ловкими руками в неструктурированной среде или задач физического взаимодействия», — сказал профессор Лю.
Теги: имплант, киборг, Новости Hi-Tech, робот
