以折纸为灵感的机器人指尖可变形,可抓取、移动任何形状物体

以折纸为灵感的机器人指尖可变形,可抓取、移动任何形状物体

研究人员已经开发出一种新的机器人指尖,能够在三种独特的配置中改变形状 – 使其能够抓住和抬起广泛的奇形物体,根据在预印本网站上分享的一篇论文中概述的一项最新研究,该研究成果在2020年IEEE自动化科学国际会议上发表。

折纸风格的机器人指尖变形可抓握,提起奇怪形状的物体

为了处理和移动对象,机器人需要调整抓取方式,以利用对象的属性和周围环境实现操纵策略。 

大多数机械手的结构都限制了它们适应不同物体的能力,这限制了它们可以进行的移动次数,只剩下一些简单的物体可行。这就是为什么香港科学技术大学的研究人员创建了机器人指尖的原因-使用从日本著名的纸折艺术中汲取灵感的设计来解决多个物体。

指尖需要针对不同物体摆出几个姿势

该研究受到当前研究和工业应用中两个常见观察的启发。首先涉及在过去的研究中开发的平行抓取器,这可能有助于实现工业自动化。这些抓取器需要精心选择的夹持点,否则可能无法实现静态平衡。

这是经过数十年的研究开发出的技术来控制机器人抓取器抓取不同物体所必须采取的姿势。直到最近,大多数现有设计都遇到了严重的局限性,使它们无法有效地概括各种对象和形状。

这项研究的首要目标是开发一种易于控制的机器人指尖,该指尖能够做出多种姿势,并且抓取物体时不会出现重大问题。

基于折纸的机器人指尖具有两个主要组成部分

Zhang和Kan说:“过去的另一个发现启发了我们的研究,为了获得稳定的抓地力,工程师必须设计一个固定在平行夹具上的特定夹持器进行操纵,例如拾取和放置等。” “如果将装配线上的项目更改为不同的形状,这将很麻烦,这将导致手动更换夹持器的效率低下。我们创建的变形指尖可以帮助减轻或克服这一问题。”

机器人指尖的设计是Zhang,Kan及其同事的心血结晶,并且还从早期研究中提出的结构中汲取了灵感。在2019年,研究人员制造了一种折纸风格的整体式软抓手-扁平的指尖。

虽然抓手可以变形和改变形状,但有效载荷和灵活性的性能却达不到预期,这主要是由于指尖的柔软度和扁平性。

“我们小组的博士生宋浩然先生之前也发表了一篇关于接触面聚类的论文,展示了三种典型的接触基元,用于表示主要的局部几何形状,” Zhang和Kan说道。

Zhang和Kan补充说:“安装在平行夹具上的这些指尖已经在不同的物体上进行了测试,表明了抓握的可行性和稳定性。本文启发了我们设计一种变形指尖,其形态配置在三个接触基元内。”

新型的基于折纸的变形指尖有两个主要组成部分:一个柔软的折纸骨架,它的工作原理就像指尖的变形表面,以及电机驱动的四杆连杆–作为传动和致动机制。

robot fingertip three morphing modes

机器人指尖的三种变形模式。资料来源:Kan等。

机械手指包括用于不同抓握模式的伺服电机

研究人员在指尖中央安装了一个球,除了支撑顶部表面外,还可以在三个维度上自由旋转。此外,他们还安装了伺服电动机(属于旋转致动器类),以独立控制位于软折纸骨架上的四个叶面。通过每个叶面上不同姿势的组合,可以实现许多不同抓取模式的配置,例如,凸面模式、凹面模式和倾斜的平面模式。

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研究团队跟踪配置空间内的轨迹。资料来源:  Kan等。

机器人指尖需要在机器人集成之前进行更多研究

在进行了三种变形模式评估后,研究人员的机器人指尖可以实现有效抓握的关键动作。一种模式涉及用于枢转和捏紧握的凸面模式,另一种模式涉及进行力量握紧的凹面模式,第三种模式涉及为手部重新定向和操纵对象而设计的倾斜平面模式。

总的来说,研究团队发现指尖如何具有几种有利的特性-包括在不同形态的“原始体”之间快速转换模式的能力和为各种任务策划的抓握模式(包括灵巧和稳定的抓握模式)的能力。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

在研究人员将其集成到实际场景中以进行实际使用之前,需要进行更多的研究以实现机器人指尖设计的小型化和优化。但一个机器人指尖所需的工程范围,只能说明我们对生物对应物的重视程度。

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