Pneumatyka napędza miękkie dłonie

Konwencjonalne zrobotyzowane chwytaki ze sztywnymi „palcami” są zwykle drogie, mają ograniczone możliwości i nie nadają się szczególnie do bezpiecznego obchodzenia się z delikatnymi przedmiotami. Aby pokonać te przeszkody, badacze z Laboratorium Robotyki i Biologii (RBO Lab) na Politechnice w Berlinie opracowują miękkie chwytaki robotyczne, które są adaptacyjne, proste i niedrogie. Ostatecznym celem jest dokładne naśladowanie działań ludzkiej ręki.

Między innymi projektami RBO Lab przeprowadza podstawowe badania dotyczące tworzenia i kontrolowania tego, co nazywają Miękkimi Rękami. Głównym celem jest zaprojektowanie wytrzymałych, konfigurowalnych i skutecznych miękkich siłowników i powiązanych technologii sterowania.

Według urzędników laboratoryjnych tradycyjne elektromechaniczne siłowniki zbudowane z takich komponentów, jak silniki, koła zębate, ścięgna i ogniwa są podatne na zużycie, wymagają wielu części i są trudne w montażu. To sprawia, że powstałe roboty są drogie, a dla większości aplikacji niedostępne.

Miękkie dłonie stanowią odejście od klasycznej konstrukcji robota-ręki, ponieważ w szczególności wykorzystują mechaniczną zgodność w połączeniu z wyrafinowanymi strategiami sterowania. Ruchy palców są napędzane sprężonym powietrzem. Celem jest uczynienie chwytania prostym, elastycznym i dostosowalnym, przy jednoczesnym poświęceniu ultra-precyzyjnego pozycjonowania, które nie jest konieczne w wielu aplikacjach.

Laboratorium opracowało kilka prototypów. Najnowsza wersja nosi nazwę RBO Hand 2, podobno niedroga, wysoce zgodna i zręczna antropomorficzna ręka. Palce, zwane siłownikami PneuFlex, wykonane są z kauczuku silikonowego wzmocnionego włóknem, z wykorzystaniem procesów wytwarzania przyrostowego i formowania. W przyszłości miękkie siłowniki mogą być drukowane w 3D na jednym etapie produkcji przy użyciu różnych materiałów i konstrukcji, aby zapewnić określone możliwości zdefiniowane przez użytkownika.

Konstrukcja palca zawiera gumową część górną i gumę zatopioną nieelastycznymi włóknami w części dolnej. Podbicie palca powietrzem pod ciśnieniem zmusza górną część do wysunięcia, podczas gdy dolna połowa nie. Wynikające z tego różnice długości między górą a dołem powodują zgięcie siłownika. Spiralnie uzwojone włókna wzmacniające wzmacniają i stabilizują kształt siłownika, więc inflacja prowadzi raczej do zginania niż do rozszerzenia promieniowego.

Zespół bada także osadzanie miękkich czujników w siłownikach PneuFlex. Ze względu na wysoką odkształcalność większość istniejących technologii czujników nie jest kompatybilna z elastycznymi siłownikami. Aby dodać dotykowe możliwości sprzężenia zwrotnego, badacze badają alternatywne technologie czujników, takie jak: czujniki odkształceń ciecz-metal do wykrywania deformacji; siatkowanie światłowodów w celu wykrycia kształtu; przewodzące włókna termoplastyczno-elastomerowe do pomiaru odkształcenia; i dotykowe z rozciągliwymi wielowarstwowymi powierzchniami pojemnościowymi.

RBO Hand 2 jest sterowany za pomocą stosunkowo niedrogiego PneumaticBox, systemu opracowanego do synchronizacji i kontroli palców pneumatycznych w czasie rzeczywistym. Sprzęt PneumaticBox obejmuje szereg zaworów 5/3 i wbudowany komputer (czarny Beaglebone) wraz ze sterownikami zaworów, czujnikami ciśnienia i zasilaczem 24 V. Wykorzystuje szeroko stosowane, zrobotyzowane oprogramowanie open source (takie jak ROS, RoboticsLab RLab i skrypty Python) i może być kontrolowane zdalnie przez sieć TCP / IP.

RBO Hand 2 został opracowany w celu zbadania możliwości i ograniczeń robotycznych rąk, polegając tylko na miękkich, odkształcalnych konstrukcjach. Unikalna zdolność dostosowywania urządzenia oferuje szereg korzyści, takich jak:

Łatwo wytrzymuje tępe zderzenia

Oferuje niskie energie uderzenia

Pasywnie zgodne palce i dłoń odrywają się od ramienia robota, stabilizując kontrolę siły

Możliwość dostosowania do różnych kształtów obiektów upraszcza sterowanie palcami

Pneumatyczne sterowanie pozwala na złożoną geometrię dłoni i siłownika

Wreszcie, według urzędników RBO Lab, kolejnym ważnym aspektem pracy jest to, że inżynieria miękkich robotów jest wciąż w powijakach, w porównaniu do rąk elektromechanicznych. Dalsze badania nad projektami, kontrolami i technologiami związanymi z miękkimi dłońmi powinny doprowadzić do dalszych przełomów.