Pneumatikk Powers Soft Hands

Konvensjonelle robotgripere med stive "fingre" har en tendens til å være dyre, har begrensede evner og er ikke spesielt egnet for sikker håndtering av sarte gjenstander. For å overvinne slike hinder utvikler forskere ved Robotics and Biology Laboratory (RBO Lab) ved Technical University Berlin myke robotgrepere som er tilpasningsdyktige, enkle og rimelige. Det endelige målet er å etterligne handlingene til en menneskelig hånd.

Blant andre prosjekter utfører RBO Lab grunnleggende undersøkelser om hvordan de kan lage og kontrollere det de benevner Soft Hands. Hovedfokuset er å designe robuste, tilpassbare og effektive myke aktuatorer og tilhørende kontrollteknologi.

I følge laboratorietjenestemenn er tradisjonelle elektromekaniske aktuatorer bygget av komponenter som motorer, gir, sener og ledd, utsatt for bruk, krever mange deler og er vanskelige å sette sammen. Dette gjør de resulterende robotene dyre og for de fleste applikasjoner uoverkommelige.

Soft Hands representerer et avvik fra klassisk robothånddesign fordi de spesielt utnytter mekanisk etterlevelse kombinert med sofistikerte kontrollstrategier. Fingerbevegelser drives av trykkluft. Målet er å gjøre grep enkelt, fleksibelt og tilpasningsdyktig, samtidig som man ofrer ultra-presis posisjonering som ikke er nødvendig i mange bruksområder.

Laboratoriet har utviklet flere prototyper. Den siste versjonen er kalt RBO Hand 2, angivelig en billig, svært kompatibel og fingerferdig antropomorf hånd. Fingrene, kalt PneuFlex-aktuatorer, er laget av fiberforsterket silikongummi ved tilsetningsproduserings- og støpeprosesser. I fremtiden kan de myke aktuatorene 3D-trykkes i et enkelt produksjonstrinn ved å bruke en rekke materialer og design for å gi spesifikke brukerdefinerte funksjoner.

Fingerkonstruksjon inkluderer en toppdel av gummi og gummi innebygd med uelastiske fibre i bunndelen. Å blåse fingeren med trykkluft tvinger toppen til å strekke seg mens den nedre halvdel ikke gjør det. Den resulterende forskjellen i lengde mellom topp og bunn får aktuatoren til å bøye seg. Helikalt sårede armeringsfiber styrker og stabiliserer aktuatorens form, slik at inflasjonen fører til bøying i stedet for til radiell ekspansjon.

Teamet undersøker også innebygging av myke sensorer i PneuFlex-aktuatorene. På grunn av høy deformerbarhet er de fleste eksisterende sensorteknologier ikke kompatible med fleksible aktuatorer. For å tilføre taktile tilbakemeldingsmuligheter, undersøker forskerne alternative sensorteknologier som: flytende-metall-tøyningsføler for sensing av deformasjon; gitter av optiske fibre for å føle form; ledende termoplastiske elastomerfibre for å måle belastning; og berøringsfølelse med tøybare flersjikts kapasitive overflater.

RBO Hand 2 styres ved hjelp av en relativt billig PneumaticBox, et system utviklet for sanntidssynkronisering og kontroll av de pneumatiske fingrene. PneumaticBox-maskinvaren inkluderer en rekke 5/3 ventiler og innebygd datamaskin (Beaglebone Black) sammen med ventildrivere, trykksensorer og en 24-V strømforsyning. Den bruker mye brukt, åpen kildekode-robotprogramvare (for eksempel ROS, RoboticsLab RLab og Python-scripting) og kan kontrolleres eksternt via et TCP / IP-nettverk.

RBO Hand 2 ble utviklet for å undersøke evner og begrensninger for robothender når de kun er avhengige av myke, deformerbare strukturer. Enhetens unike tilpasningsevne gir flere fordeler, for eksempel:

Tåler lett stumpe kollisjoner

Tilbyr energier med lav innvirkning

Passivt kompatible fingre og håndtak fra kontakten fra robotarmen, stabiliserende kraftkontroll

Tilpasningsevne til forskjellige objektformer forenkler fingerkontrollen

Pneumatisk aktivering tillater kompliserte hånd- og aktuatorgeometrier

Endelig er et annet viktig aspekt av arbeidet, ifølge RBO Lab-tjenestemenn, at prosjektering av myk robot fremdeles er i sin spede begynnelse, sammenlignet med elektromekaniske hender. Fortsatt forskning på design, kontroller og teknologier relatert til myke hender bør resultere i ytterligere gjennombrudd.