Pneumatiikka antaa pehmeät kädet

Tavanomaisilla jäykillä “sormeilla” varustetuilla robotti-tarttujilla on taipumus olla kalliita, niiden ominaisuudet ovat rajalliset ja ne eivät ole erityisen sopivia herkkien esineiden turvalliseen käsittelyyn. Tällaisten esteiden voittamiseksi Berliinin teknillisen yliopiston robotti- ja biologialaboratorion (RBO Lab) tutkijat kehittävät pehmeitä robottiohjaimia, jotka ovat mukautuvia, yksinkertaisia ja edullisia. Perimmäisenä tavoitteena on jäljitellä tarkasti ihmisen kättä.

Muiden projektien joukossa RBO Lab suorittaa perustutkimusta siitä, miten luoda ja hallita mitä he kutsuvat pehmeiksi käsiksi. Pääpaino on vahvojen, muokattavissa olevien ja tehokkaiden pehmeiden toimilaitteiden ja niihin liittyvän ohjaustekniikan suunnittelussa.

Lab-virkamiesten mukaan perinteiset sähkömekaaniset toimilaitteet, jotka on rakennettu komponenteista, kuten moottorit, vaihteet, jänteet ja liitokset, ovat alttiita kulumiselle, vaativat monia osia ja ovat vaikeita koota. Tämä tekee tuloksena olevat robotit kalliita ja useimpiin sovelluksiin kohtuuhintaisia.

Pehmeät kädet edustavat poikkeamista klassisesta robotti-käsisuunnittelusta, koska ne hyödyntävät erityisesti mekaanista noudattamista yhdistettynä hienostuneisiin ohjausstrategioihin. Sormenliikkeet saavat paineilmaa. Tavoitteena on tehdä tarttumisesta yksinkertainen, joustava ja mukautuva uhraamalla erittäin tarkka sijainti, joka ei ole välttämätöntä monissa sovelluksissa.

Lab on kehittänyt useita prototyyppejä. Uusin versio on nimeltään RBO Hand 2, jonka väitetään olevan edullinen, erittäin vaatimusten mukainen ja taitava antropomorfinen käsi. Sormet, joita kutsutaan PneuFlex-toimilaitteiksi, on valmistettu kuituvahvisteisesta silikonikumista lisäaineiden valmistus- ja muovausprosesseja käyttämällä. Tulevaisuudessa pehmeät toimilaitteet voidaan tulostaa 3D-muodossa yhdessä valmistusvaiheessa käyttämällä erilaisia materiaaleja ja malleja, jotta saadaan aikaan käyttäjän määrittelemiä erityisiä ominaisuuksia.

Sormenrakenne sisältää kumi-yläosan ja alaosaan joustamattomilla kuiduilla upotetun kumin. Kun sormea paineistetaan paineistetulla ilmalla, pakotetaan yläosa ulottumaan, kun taas alaosa ei. Tuloksena ylemmän ja alaosan väliset pituuserot saavat toimilaitteen taipumaan. Kierrevahvistetut vahvistimet vahvistavat ja vakauttavat toimilaitteen muotoa, joten suuntaus johtaa pikemminkin taipumiseen kuin säteittäiseen laajenemiseen.

Ryhmä tutkii myös pehmeiden anturien upottamista PneuFlex-toimilaitteisiin. Suuren muodonmuutoksen takia suurin osa olemassa olevista anturitekniikoista ei ole yhteensopivia joustavien toimilaitteiden kanssa. Taktiilisen palautekyvyn lisäämiseksi tutkijat etsivät vaihtoehtoisia anturitekniikoita, kuten: nestemäisen metallin venymisanturit muodonmuutoksen havaitsemiseksi; optisten kuitujen raastaminen muodon havaitsemiseksi; johtavia kestomuovi-elastomeerikuituja venymän mittaamiseksi; ja kosketusanturit joustavilla monikerroksisilla kapasitiivisilla pinnoilla.

RBO Hand 2 -laitetta ohjataan suhteellisen edullisella PneumaticBox-järjestelmällä, joka on kehitetty reaaliaikaiseen synkronointiin ja pneumaattisten sormien hallintaan. PneumaticBox -laitteisto sisältää ryhmän 5/3 venttiilejä ja upotetun tietokoneen (Beaglebone Black) yhdessä venttiilinohjaimien, paineanturien ja 24 V: n virtalähteen. Se käyttää laajalti käytettyä avoimen lähdekoodin robottiohjelmistoja (kuten ROS, RoboticsLab RLab ja Python-skriptit) ja sitä voidaan hallita etäyhteydellä TCP / IP-verkon kautta.

RBO Hand 2 on kehitetty tutkimaan robottikäsien ominaisuuksia ja rajoja, kun vedotaan vain pehmeisiin, muodonmuutosrakenteisiin. Laitteen ainutlaatuisella mukautettavuudella on useita etuja, kuten:

Kestää helposti tylsät törmäykset

Tarjoaa vähäisiä iskuja

Passiivisesti yhteensopivat sormet ja kämmenten irrotuskosketus robottivarresta, vakauttavat voimanhallinnan

Mukautettavuus eri esinemuotoihin yksinkertaistaa sormen hallintaa

Pneumaattinen käyttö mahdollistaa monimutkaiset käsien ja toimilaitteiden geometriat

Lopuksi, toinen tärkeä osa työtä, RBO Labin virkamiesten mukaan, on se, että pehmeärobotitekniikka on vielä alkuvaiheessaan verrattuna sähkömekaanisiin käsiin. Jatkuvien pehmeisiin käsiin liittyvien malleja, hallintalaitteita ja tekniikoita koskevan tutkimuksen pitäisi johtaa lisää läpimurtoja.