Ingeniører designer humanoid hånd til greb om ødelagtige objekter

Et hold af ingeniører på Michigan State University har designet og udviklet en humanoid hånd, der er meget bedre til at udføre delicate opgaver sammenlignet med de traditionelt brugte. Den nye robot-hånd kan håndtere objekter, der er ødelagtige, lette og uregelmæssigt formede.

Roboter i det industrielle miljø

Det industrielle miljø er et af de områder, der er mest berørt af udviklingen inden for robotteknologi, da teknologien ofte bruges til gentagne greb og kontrol af objekter.

Området af robotten, hvor en menneskehånd ville være placeret, kaldes en endeffektor eller griber, og det var fokus for den nye forskning, der er offentliggjort i Soft Robotics og har titlen “Soft Humanoid Hands with Large Grasping Force Enabled by Flexible Hybrid Pneumatic Actuators.”

Changyong Cao var hovedforfatteren og er direktør for Laboratory for Soft Machines and Electronics på MSU. Cao er også adjunkt i Packaging, Mechanical Engineering og Electrical and Computer Engineering.

“Den nye humanoid hånd-design er en blød-hård fleksibel griber. Den kan generere en større greb-kraft end en traditionel ren blød hånd, og samtidig være mere stabil for præcis manipulation end andre modeller, der bruges til tungere objekter,” sagde Cao.

Blød-hånd griber

Blød-hånd griber bruges normalt, når et objekt er ødelagtigt, let og uregelmæssigt formet. Men de har mange ulemper, herunder skarpe overflader, dårlig greb-stabilitet, når ubalancerede laster målrettes, og en svagere greb-kraft for tunge laster.

Cao og hans hold så på menneske-miljø-interaktioner, herunder frugt-plukning og følsom medicinsk pleje, da de designede den nye humanoid hånd. De fandt ud af, at de fleste griber-systemer ikke er effektive i de områder, hvor de er mest nødvendige, såsom opgaver, der kræver fast interaktion med ødelagtige objekter.

Ifølge holdet demonstrerede prototypen en responsiv, hurtig og letvægts-griber, der kunne håndtere forskellige opgaver.

De forskellige fingre på den bløde humanoid hånd er lavet af en fleksibel hybrid pneumatiske aktuator, også kaldet FHPA, og deres bøjning kontrolleres af trykluft. Denne proces resulterer i, at hver finger kan kontrolleres uafhængigt af de andre.

“Traditionelle stive griber til industrielle formål er generelt lavet af simple, men pålidelige stive strukturer, der hjælper med at generere store kræfter, høj nøjagtighed og gentagelse,” sagde Cao. “Den foreslåede bløde humanoid hånd har demonstreret excellent tilpasningsevne og kompatibilitet i greb om komplekse-formede og ødelagtige objekter, samtidig med at den opretholder en høj niveau af stivhed for at udøve stærke klampekræfter til at løfte tunge laster.”

FHPA

FHPA består af hårde og bløde komponenter.

“De kombinerer fordelene ved deformabilitet, tilpasningsevne og compliance af bløde griber, samtidig med at de opretholder den store udgangskraft, der stammer fra stivheden af aktuatoren,” sagde Cao.

Ifølge Cao kan den nyligt udviklede humanoid hånd bruges til opgaver som frugt-plukning, automatiseret pakning, medicinsk pleje og kirurgisk robotteknologi.

Holdet vil nu se at kombinere arbejdet med Caos tidligere udviklinger, der inkluderer ‘intelligente’ griber. De ønsker også at integrere trykte sensorer i gribermaterialet og kombinere den hybride griber med ‘bløde arme’-modeller, hvilket ville føre til en mere præcis repræsentation af menneskelige handlinger blandt robotter.