Ingenieure entwerfen humanoides Handgelenk für das Greifen von zerbrechlichen Objekten

Ein Team von Ingenieuren an der Michigan State University hat ein humanoides Handgelenk entworfen und entwickelt, das viel besser darin ist, delicate Aufgaben auszuführen als traditionell verwendete Handgelenke. Die neue robotische Hand kann Objekte handhaben, die zerbrechlich, leicht und unregelmäßig geformt sind.

Roboter in der industriellen Umgebung

Die industrielle Umgebung ist eines der Gebiete, die am meisten von Entwicklungen in der Robotik betroffen sind, da die Technologie oft für das repetitive Greifen und Kontrollieren von Objekten verwendet wird.

Der Bereich des Roboters, an dem sich eine menschliche Hand befinden würde, wird als Endeffektor oder Greifer bezeichnet, und darauf konzentrierte sich die neue Forschung, die in Soft Robotics veröffentlicht wurde und den Titel “Soft Humanoid Hands with Large Grasping Force Enabled by Flexible Hybrid Pneumatic Actuators” trägt.

Changyong Cao war der Hauptautor und ist der Leiter des Laboratoriums für Soft-Maschinen und Elektronik an der MSU. Cao ist auch Assistant Professor für Verpackung, Maschinenbau und Elektro- und Computer-Ingenieurwesen.

“Der neuartige humanoide Hand-Design ist ein soft-hard flexibler Greifer. Er kann eine größere Greifkraft als ein traditioneller reiner Weichgreifer erzeugen und gleichzeitig stabiler für eine genaue Manipulation als andere Gegenstücke sein, die für schwerere Objekte verwendet werden”, sagte Cao.

Soft-Hand-Greifer

Soft-Hand-Greifer werden normalerweise verwendet, wenn ein Objekt zerbrechlich, leicht und unregelmäßig geformt ist. Sie haben jedoch viele Nachteile, einschließlich scharfer Oberflächen, schlechter Greifstabilität bei unbalancierten Lasten und einer schwächeren Greifkraft für schwere Lasten.

Cao und sein Team sahen sich nach menschlichen Umgebungsinteraktionen um, einschließlich Obstpflücken und sensibler medizinischer Pflege, als sie die neue humanoide Hand entwarfen. Sie stellten fest, dass die meisten Greifsysteme nicht effektiv in den Bereichen sind, in denen sie am meisten benötigt werden, wie Aufgaben, die eine feste Interaktion mit zerbrechlichen Objekten erfordern.

Laut dem Team demonstrierte das Prototyp ein responsives, schnelles und leichtes Greifsystem, das verschiedene Aufgaben ausführen konnte.

Die verschiedenen Finger auf der weichen humanoiden Hand sind aus einem flexiblen Hybrid-Pneumatik-Aktuator hergestellt, auch FHPA genannt, und ihre Biegung wird durch pressurisierte Luft gesteuert. Dieser Prozess ermöglicht es jedem Finger, unabhängig von den anderen gesteuert zu werden.

“Traditionelle starre Greifer für industrielle Anwendungen sind normalerweise aus einfachen, aber zuverlässigen starren Strukturen hergestellt, die helfen, große Kräfte, hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu erzeugen”, sagte Cao. “Die vorgeschlagene weiche humanoide Hand hat eine hervorragende Anpassungsfähigkeit und Kompatibilität bei der Handhabung komplex geformter und zerbrechlicher Objekte gezeigt, während sie gleichzeitig ein hohes Maß an Steifigkeit für das Ausüben starker Klemmkraft zur Hebung schwerer Lasten aufrechterhält.”

Das FHPA

Das FHPA besteht aus harten und weichen Komponenten.

“Sie kombinieren die Vorteile der Deformierbarkeit, Anpassungsfähigkeit und Compliance von weichen Greifern, während sie gleichzeitig die große Ausgangskraft aus der Steifigkeit des Aktuators beibehalten”, sagte Cao.

Laut Cao könnte die neu entwickelte humanoide Hand für Aufgaben wie Obstpflücken, automatisierte Verpackung, medizinische Pflege und chirurgische Robotik verwendet werden.

Das Team wird nun versuchen, die Arbeit mit Caos früheren Entwicklungen zu kombinieren, die auch “intelligente” Greifer umfassen. Sie möchten auch gedruckte Sensoren in das Greifmaterial integrieren und den Hybrid-Greifer mit “weichen Arm”-Modellen kombinieren, was zu einer genauereren Darstellung menschlicher Aktionen bei Robotern führen würde.