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科学家研制模拟螳螂灵敏仿生机械手

2019-08-31 10:30:20 东莞市信瑞智能科技有限公司 阅读

端起一杯咖啡对有手的人和动物来说不是问题,但对机器人来说,这已经是近三十年的难题了。最近,美国哈佛大学和耶鲁大学的研究人员正在开发一种新的机械手来解决这个问题。在螳螂腿结构的启发下,工程师们设计了一种不仅更灵敏,而且更适用于无法表达的机器人的机械手。哈佛大学仿生机器人实验室的引领人罗伯特D.豪与耶鲁大学的助理教授亚伦.多拉德致力于机械手的研发。他们相信人类研究机器人已经有近二十或三十年了,但很少有人能够做出灵巧的动作。在现实中,机器人和人类在建立手与被抓对象之间的关系方面也有一些困难。人类通过张开手指使其变得柔韧灵活来弥补这种失误,从而使手指在握住并拿起物体之前能够沿着物体的边缘滑动;而应对失误,机器人技术研究的传统方法是使用大量的传感器、马达和控制器,其结果导致机械手结构复杂,费用昂贵。由于需要大量的计算机操作来完成最简单的任务,机械手移动得更慢。如果一个机械手被要求举起一个酒杯,除非它以蜗牛的速度运行,否则它会在触摸酒杯之前将其击倒,然后将感应信号发送回计算机并做出反应。

研究人员出人意料的设计灵感来自螳螂的腿部结构,后者选择了完全相反的方法。通过仿生螳螂的腿结构,完全修改和自动调整,以捕获各种形状的物体。20世纪80年代,加州大学伯克利分校的罗伯特教授开始研究螳螂如何在崎岖的表面行走.曼蒂斯的大脑小,罗伯特并不认为他们可以这么快地计算敏捷的动作。他分析了螳螂腿的机械结构和工作原理,研究表明,它们的腿灵活灵活,使得螳螂可以在不考虑因素的情况下自动调整到粗糙的表面。罗伯特模仿机器人腿上的弹簧和链,创造了一个八条腿的机器人,它以惊人的速度在一个崎岖的物体表面行走,这个物体以前从未达到过如此高的高度。

罗伯特的研究震惊了机器人界,多拉尔和豪决定以类似的方式创造机器人机器人。如果选择合适的弹簧和手指的形状和尺寸,操纵器将变得灵活,可以沿着物体边缘滑动来抓住物体,就像人类举起一个咖啡杯一样。首先,他们通过电缆和滑轮控制两个双联塑料手指和一个单独的电机,然后再加上另一组手指来稳定抓握。最后的机械手虽然只有四指结构,但也有几个人的特点.另外,机械手的关节可以从25度到45度打开,指根关节比手指关节更灵活。设计师还安装了传感器来感知手指接触物体和关节的角度。虽然机械手的自动调整还存在许多小的缺陷,但传感器可以弥补一些大的错误。

最终,这种简单的机械手能够熟练地抓住大部分物体,为未来的家庭服务机器人提供了一个开发平台。研究人员还将该技术应用于假肢研究,每个手指的重量小于42.5克,因为由于假肢的不便,许多截肢者放弃了。目前,机械手不能熟练地掌握钥匙和叉子等小物体,需要安装额外的电机来完成这些灵巧的运动,这将增加机械手的重量和复杂性。研究人员正在探索一种具有可逆拇指的新结构来解决这个问题。

  近三十年来,人们为了改善机械手的功能而使其变得更加复杂,多拉尔和豪的研究成果为机器人学界开拓了一个新思路,而这还有很长的路要走。



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