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帮助软机器人按需变硬

2021-03-04 20:13:47

想象一个机器人。

也许您刚刚想到的机器具有坚固的金属外观。虽然装有硬质外骨骼的机器人很常见,但它们并不总是理想的。受鱼或其他黏糊糊的生物启发的软体机器人可能会更好地适应不断变化的环境,并与人更安全地工作。

机器人专家通常必须决定是为特定任务设计硬机器人还是软机器人。但是,这种权衡可能不再必要。

麻省理工学院的研究人员通过计算机仿真,开发出了一种可以根据需要旋转刚性的软身机器人的概念。该方法可以实现新一代机器人,该机器人将刚性机器人的强度和精度与软性机器人的流动性和安全性相结合。

该论文的主要作者,麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的博士后詹姆斯·伯恩(James Bern)表示:“这是试图了解我们能否兼顾两全其美的第一步。”

伯尔尼将在下个月的IEEE国际机器人技术大会上介绍这项研究。伯尔尼的顾问,CSAIL主任Daniela Rus,电气工程和计算机科学的Andrew and Erna Viterbi教授是该论文的另一位作者。

机器人专家已经尝试了多种机制来操作软机器人,包括为机器人手臂中的气球状腔室充气或用真空密封的咖啡渣抓取物体。但是,软机器人技术的一个关键未解决的挑战是控制,即如何驱动机器人的执行器以实现给定的目标。

直到最近,大多数软机器人还是由手动控制的,但在2017年,伯尔尼(Bern)和他的同事们提出了一种算法可以掌控一切。他们使用模拟来帮助控制电缆驱动的软机器人,他们选择了机器人的目标位置,并让计算机确定要拉动每根电缆要拉到那里的距离。每当我们伸手拿东西时,身体中都会发生类似的序列:手的目标位置会转化为手臂肌肉的收缩。

现在,伯尔尼和他的同事正在使用类似的技术来提出一个超出机器人运动范围的问题:“如果以正确的方式拉动电缆,我能使机器人僵硬地行动吗?” 伯尔尼说,至少在计算机仿真中,他可以得益于人类手臂的启发。虽然仅使二头肌收缩可以使您的肘部弯曲到一定程度,但同时收缩二头肌和三头肌可以将您的手臂牢固地锁定在该位置。简而言之,“您可以通过拉动物体的两侧来获得刚度​​,” Bern说。因此,他将相同的原理应用于他的机器人。

研究人员的论文提出了一种同时控制电缆驱动的软机器人的位置和刚度的方法。该方法利用了机器人的多条电缆-使用其中的一些电缆来扭转和转动身体,而使用其他的电缆来相互抵消以调整机器人的刚度。伯尔尼强调说,进步并不是机械工程的革命,而是控制电缆驱动的软机器人的新突破。

他说:“这是扩展控制软机器人的方式的直观方法。” “这只是将(按需刚性)的想法编码为计算机可以使用的东西。” 伯尔尼希望他的路线图能够让用户有一天像控制机器人一样轻松地控制其刚性。

在计算机上,伯尔尼使用他的路线图来模拟各种形状的机器人中的运动和刚度调整。他测试了机器人在加固时抵抗推入时位移的能力。通常,尽管它们并非在所有角度都具有同等的抵抗力,但机器人仍保持了预期的刚性。

伯尔尼(Bern)正在制造原型机器人,以测试其按需刚性控制系统。但是他希望有一天将这项技术带出实验室。他说:“与人互动绝对是软机器人的愿景。” Bern指出了在照顾人类患者方面的潜在应用,其中机器人的柔软性可以增强安全性,而其变硬的能力可以在必要时提起。

伯尔尼说:“核心信息是简化机器人的刚度控制。” “让我们开始制造既安全又可以按需刚性运行的软机器人,并扩大机器人可以执行的任务范围。”

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