柔性抓取机器人可以说是现代机器人产业中的一股泥石流,和目前机器人最常用的刚性结构不同的是:其具有较多的自由度且结构简单,不仅需要保证灵活性和柔韧性,还要在不伤害物品的前提下进行抓取。
哈佛大学研发的超软纳米纤维机器人抓手,可抓取水下软体生物,例如水母。又为我们打开了新世界的大门。
水母抓取过程(来源:[1])
哈佛大学此次研发的柔性抓手是由六个手指组成,这些手指由平面的面食状硅胶制成,内部有一个中空通道,粘合在一层柔韧而坚硬的聚合物纳米纤维上。它们连接到3D打印的塑料手掌上,将水泵入其中。当通道填满时,每个通道的压力仅为0.kPa,这还不到人的眼睑压力的10%。所以可以较好的在不伤害水母和其他海洋动物的情况下抓住和释放它们。该成果已在sciencerobotic上发表。
加强纳米纤维柔性机器人执行器(来源:[1])
其执行机构采用模塑和共粘技术制造(如图A所示截面图),六个软执行机构连接到一个3d打印轮毂上,当增压时,内部通道膨胀,设备就会向限制应变的纳米光纤层弯曲。
而Festo研发的气动机械手比其他仿生手看起来更像人手,但却有着和人类手掌完全不一样的结构,因为它没有骨骼,完全依靠手指上的气动波纹管结构来控制动作。当气室充满空气时,手指弯曲;气室排空时,手指呈伸展状态。
(来源:google)
除去柔性的结构,更重要的是这款机械手还搭载了强化学习模块,这意味着这款机械手可以通过自我学习,来不断的优化自己的行动能力,最终成功完成布置给它的任务。
在医疗康复领域,柔性抓手机器人可帮助失去手部功能的患者能够抓取各种物体,从而恢复手部功能。
韩国首尔大学柔性机器人研究中心研发了一款名为Exo-GlovePoly可穿戴式柔性手套。
(来源:google)Exo-GlovePoly由可穿戴部件、驱动单元和按钮组成,使用肌腱驱动装置驱动食指和中指弯曲和伸展,并采用一种被动拇指结构,使用热塑性塑料和硅树脂材质将拇指固定在一个外展位置,有助于抓取物体。而驱动单元、电机、电池等与手套分离,安装在轮椅后面或放在桌上,这样使得手套本身既紧凑又轻便。
(来源:[6])除此之外,该产品基于机器学习算法,还可以通过使用者手臂的移动和物体与手的距离分析出使用者的抓取意图,从而让柔性手套提供适当的辅助力量,帮助使用者完成动作。
(来源:[6])柔性抓手机器人目前还主要停留在大学实验室里进行尝试性的应用,在康复领域应用还比较少,但市场潜力可观,期待未来会有更多的新兴技术和服务应用于人类。
参考文献:
[1]SinatraNR,TeepleCB,VogtDM,etal.Ultragentlemanipulationofdelicatestructuresusingasoftroboticgripper[J].ScienceRobotics,,4(33):eaax.
[2]ChinL,YuenMC,LiptonJ,etal.Asimpleelectricsoftroboticgripperwithhigh-deformationhapticfeedback[C]//InternationalConferenceonRoboticsandAutomation(ICRA).IEEE,:-.
[3]LiuZ,WangY,RenY,etal.Poly(ionicliquid)hydrogel-basedanti-freezingionicskinforasoftroboticgripper[J].MaterialsHorizons,,7(3):-.
[4]