Ingenieurs ontwerpen humanoid hand voor het oppakken van breekbare objecten

Een team van ingenieurs aan de Michigan State University heeft een humanoid hand ontworpen en ontwikkeld die veel beter is in het uitvoeren van delicate taken in vergelijking met de traditioneel gebruikte handen. De nieuwe robotarm kan objecten hanteren die breekbaar, licht en onregelmatig van vorm zijn.

Robots in de industriële omgeving

De industriële omgeving is een van de gebieden die het meest worden beïnvloed door ontwikkelingen in de robottechniek, aangezien de technologie vaak wordt gebruikt voor het herhaaldelijke grijpen en controleren van objecten.

Het gebied van de robot waar een menselijke hand zou zijn gelegen, wordt een einduitvoerder of grijper genoemd, en dat was het onderwerp van het nieuwe onderzoek, dat werd gepubliceerd in Soft Robotics en getiteld is “Soft Humanoid Hands with Large Grasping Force Enabled by Flexible Hybrid Pneumatic Actuators.”

Changyong Cao was de hoofdauteur en is de directeur van het Laboratory for Soft Machines and Electronics aan MSU. Cao is ook een assistent-professor in Packaging, Mechanical Engineering en Electrical and Computer Engineering.

“Het nieuwe ontwerp van de humanoid hand is een zachte-harde flexibele grijper. Het kan een grotere grijpkracht genereren dan een traditionele pure zachte hand, en tegelijkertijd meer stabiel zijn voor nauwkeurige manipulatie dan andere tegenhangers die worden gebruikt voor zwaardere objecten,” zei Cao.

Zachte-hand grijpers

Zachte-hand grijpers worden meestal gebruikt wanneer een object breekbaar, licht en onregelmatig van vorm is. Echter, ze hebben veel nadelen, waaronder scherpe oppervlakken, slechte grijpstabiliteit wanneer onevenwichtige ladingen worden gericht, en een zwakkere grijpkracht voor zware ladingen.

Cao en zijn team keken naar mens-omgevingsinteracties, waaronder fruit plukken en gevoelige medische zorg, bij het ontwerpen van de nieuwe humanoid hand. Ze ontdekten dat de meeste grijpsystemen niet effectief zijn in de gebieden waar ze het meest nodig zijn, zoals taken die een stevige interactie met breekbare objecten vereisen.

Volgens het team toonde het prototype een responsieve, snelle en lichte grijper die verschillende taken kon uitvoeren.

De verschillende vingers op de zachte humanoid hand zijn gemaakt van een flexibele hybride pneumatische actuator, ook wel FHPA genoemd, en hun buiging wordt gecontroleerd door geperste lucht. Dit proces resulteert in elke digitale eenheid die onafhankelijk van de anderen kan worden gecontroleerd.

“Traditionele starre grijpers voor industriële toepassingen zijn meestal gemaakt van eenvoudige maar betrouwbare starre structuren die helpen bij het genereren van grote krachten, hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid,” zei Cao. “De voorgestelde zachte humanoid hand heeft uitstekende aanpasbaarheid en compatibiliteit getoond bij het grijpen van complexe en breekbare objecten, terwijl tegelijkertijd een hoog niveau van stijfheid wordt behouden voor het uitoefenen van sterke klemkrachten om zware ladingen te tillen.”

De FHPA

De FHPA bestaat uit harde en zachte componenten.

“Ze combineren de voordelen van de vervormbaarheid, aanpasbaarheid en compliantie van zachte grijpers, terwijl ze de grote uitvoerkracht behouden die afkomstig is van de stijfheid van de actuator,” zei Cao.

Volgens Cao kan de nieuw ontwikkelde humanoid hand worden gebruikt voor taken zoals fruit plukken, geautomatiseerde verpakking, medische zorg en chirurgische robotica.

Het team zal nu proberen om het werk te combineren met Cao’s eerdere ontwikkelingen, die ‘slimme’ grijpers omvatten. Ze willen ook geprinte sensoren integreren in het grijpmateriaal en de hybride grijper combineren met ‘zachte armen’ modellen, wat zou leiden tot een nauwkeurigere weergave van menselijke acties onder robots.