Nový kompaktní a obratný robotický prst, který odolá fyzickým nárazům
Po desetiletí výzkumníci pracovali na návrhu robotických rukou, které napodobují zručnost lidských rukou ve způsobech, jak uchopují předměty a manipulují s nimi. Tyto dřívější robotické ruce však nebyly schopny odolat fyzickým dopadům, které mohou nastat v nestrukturovaných prostředích. Výzkumný tým nyní vyvinul kompaktní robotický prst pro šikovné ruce, který je zároveň schopen odolat fyzickým nárazům v pracovním prostředí.
Tým výzkumníků z Harbin University of Technology (Čína) publikoval svou práci v časopise Frontiers of Mechanical Engineering.
Roboti často pracují v prostředích, která jsou nepředvídatelná a někdy nebezpečná. Fyzickým kolizím se nelze vyhnout, když jsou robotické ruce s více prsty vyžadovány pro práci v nestrukturovaných prostředích, jako jsou prostředí, kde se překážky rychle pohybují nebo kde je vyžadována interakce robota s lidmi nebo jinými roboty.
Energie generovaná těmito nárazy může poškodit hardwarové systémy robotických rukou. Současné šikovné ruce jsou tuhé, a proto se mohou snadno poškodit fyzickými nárazy a kolizemi. Je potřeba robotů vybavených pevnýma a obratnýma rukama, které vydrží fyzické nárazy. Výzkumný tým pracoval na vytvoření robotického prstu, který by dokázal napodobit lidský prst svou obratností a také schopností absorbovat a odolávat fyzickým nárazům.
"To umožní šikovné ruce mít lepší mechanickou robustnost, čímž se vyřeší problém, že tuhá hnaná obratná ruka se snadno poškodí fyzickými kolizemi v nestrukturovaných prostředích," řekl Yiwei Liu, profesor z Harbin Institute of Technology v Číně.
Současná technologie zahrnující robotické ruce využívá systém pohonu s proměnnou tuhostí. Tyto systémy jsou navrženy tak, aby umožňovaly obratné vlastnosti robotické ruky. V lidském těle se přirozená ztuhlost a pružnost svalů liší v závislosti na úkolu. Aktuátory s proměnlivou tuhostí pracují tak, aby robotické ruce přinesly flexibilitu a tuhost jako u lidí v závislosti na úkolu, který má být proveden.
Pohon s proměnnou tuhostí je poháněn dvěma aktuátory. To znamená, že systém robotické ruky musí mít dvě sady zpomalovačů, ovládacích zařízení a senzorů. Protože se zvyšuje složitost, hmotnost a objem aktuátoru s proměnnou tuhostí, není užitečný jako řešení při vytváření kompaktní obratné ruky.
K překonání těchto problémů vyvinul výzkumný tým antagonistický prstový mechanismus s proměnnou tuhostí. Tento prst je založen na ozubeném převodu, který má tendenci být spolehlivější a jednodušší na výrobu a údržbu než současné šikovné ruce poháněné kabelem. Mechanicky robustní prst je založen na konceptu mechanické pasivní poddajnosti, kde jsou řízeny kontaktní síly mezi robotickým manipulátorem a tuhým prostředím.
Mechanický prst může absorbovat fyzické nárazy a zároveň má schopnost upravit svou tuhost v závislosti na požadavcích úkolu, který provádí. Výhodou tohoto prstového mechanismu je, že poskytuje funkci nastavitelné tuhosti a velmi kompaktní konstrukci bez hmotnosti a složitosti dalších aktuátorů.
Prototyp prstu vyvinutý týmem váží 480 gramů a je vyroben ze slitiny 3D tištěného materiálu. Tým provedl řadu testů uchopení a manipulace na prstu. Použili řadu typických objektů – válcové objekty, obdélníkové objekty a kulovité objekty – různých velikostí, aby otestovali schopnost uchopení prstu.
Přiložené soubory:
- Robotický prst nové generace
