Pneumatik Powers Soft Hands

Konventionelle robotgribere med stive “fingre” har en tendens til at være dyre, har begrænsede egenskaber og er ikke særlig velegnede til sikker håndtering af sarte genstande. For at overvinde sådanne forhindringer udvikler forskere ved Robotics and Biology Laboratory (RBO Lab) ved det tekniske universitet i Berlin bløde robotgribere, der er tilpasningsdygtige, enkle og billige. Det endelige mål er at nøje efterligne handlingerne fra en menneskelig hånd.

Blandt andre projekter udfører RBO Lab grundlæggende forskning i, hvordan man opretter og kontrollerer, hvad de betegner Soft Hands. Hovedfokus er at designe robuste, tilpasselige og effektive bløde aktuatorer og relateret kontrolteknologi.

Ifølge laboratorieembedsmænd er traditionelle elektromekaniske aktuatorer bygget af komponenter som motorer, gear, sener og led tilbøjelige til at have på, kræver mange dele og er vanskelige at samle. Dette gør de resulterende robotter dyre og for de fleste applikationer uoverkommelige.

Soft Hands repræsenterer en afvigelse fra klassisk robothånddesign, fordi de specifikt udnytter mekanisk overholdelse kombineret med sofistikerede kontrolstrategier. Fingerbevægelser drives af trykluft. Målet er at gøre greb enkel, fleksibel og tilpasningsdygtig, samtidig med at man ofrer den ultrapræcise positionering, som ikke er nødvendig i mange applikationer.

Laboratoriet har udviklet flere prototyper. Den seneste version kaldes RBO Hand 2, efter sigende en billig, yderst kompatibel og fingerfuld antropomorf hånd. Fingrene, kaldet PneuFlex-aktuatorer, er lavet af fiberforstærket silikongummi ved hjælp af additive-fremstilling og støbningsprocesser. I fremtiden kan de bløde aktuatorer 3D-trykkes i et enkelt produktionstrin ved hjælp af forskellige materialer og design for at give specifikke brugerdefinerede funktioner.

Fingerkonstruktion inkluderer en topdel af gummi og gummi indlejret med uelastiske fibre i bunddelen. At blæse fingeren med trykluft tvinger toppen til at strække sig, mens den nederste halvdel ikke gør det. Den resulterende afvigelse i længde mellem top og bund får aktuatoren til at bøje. Helikalt viklede armeringsfiber styrker og stabiliserer aktuatorens form, så inflation fører til bøjning snarere end til radial ekspansion.

Holdet undersøger også indlejring af bløde sensorer i PneuFlex-aktuatorerne. På grund af høj deformerbarhed er de fleste eksisterende sensorteknologier ikke kompatible med fleksible aktuatorer. For at tilføje taktile feedbackfunktioner undersøger forskerne alternative sensorteknologier såsom: flydende-metal-stamme sensorer til at registrere deformation; gitter af optiske fibre for at føle form; ledende termoplastiske-elastomerfibre til måling af belastning; og berøringsfølelse med strækbare, flerlags kapacitive overflader.

RBO Hand 2 styres ved hjælp af en relativt billig PneumaticBox, et system udviklet til realtidssynkronisering og styring af de pneumatiske fingre. PneumaticBox-hardwaren inkluderer en række 5/3 ventiler og indlejret computer (Beaglebone Black) sammen med ventildrivere, trykfølerer og en 24-V strømforsyning. Den bruger bredt anvendt open source robot-software (som ROS, RoboticsLab RLab og Python-scripting) og kan styres eksternt via et TCP / IP-netværk.

RBO Hand 2 blev udviklet til at undersøge evnerne og grænserne for robothænder, når de kun er afhængige af bløde, deformerbare strukturer. Enhedens unikke tilpasningsevne giver flere fordele, såsom:

Tåler let stumpe kollisioner

Tilbyder energier med lav effekt

Passivt kompatible fingre og håndflade afkoble kontakt fra robotarmen, stabiliserende kraftkontrol

Tilpasningsevne til forskellige objektformer forenkler fingerkontrollen

Pneumatisk aktivering tillader komplekse hånd- og aktuatorgeometrier

Endelig er et andet vigtigt aspekt af arbejdet ifølge RBO Lab-embedsmænd, at soft-robot-teknik stadig er i sin vorden, sammenlignet med elektromekaniske hænder. Fortsat forskning på design, kontroller og teknologier relateret til bløde hænder skulle resultere i yderligere gennembrud.