Ingeniører designerer humanoid hånd for å gripe skjøre objekter

Et team av ingeniører ved Michigan State University har designet og utviklet en humanoid hånd som er mye bedre til å utføre delikate oppgaver sammenlignet med de som tradisjonelt brukes. Den nye robot-hånden kan håndtere objekter som er skjøre, lette og uregelmessig formede.

Roboter i det industrielle miljøet

Det industrielle miljøet er ett av områdene som er mest berørt av utviklingen innen robotteknologi, ettersom teknologien ofte brukes for repetert grep og kontroll av objekter.

Området av roboten der en menneskehånd ville være plassert, kalles en endeeffektor eller griper, og det var fokusområdet for den nye forskningen, som ble publisert i Soft Robotics og har tittelen “Soft Humanoid Hands with Large Grasping Force Enabled by Flexible Hybrid Pneumatic Actuators.”

Changyong Cao var hovedforfatter og er direktør for Laboratory for Soft Machines and Electronics ved MSU. Cao er også assistant professor i Packaging, Mechanical Engineering og Electrical and Computer Engineering.

“Den nye humanoid hånd-designen er en myk-hard fleksibel griper. Den kan generere større grep-kraft enn en tradisjonell ren myk hånd, og samtidig være mer stabil for nøyaktig manipulering enn andre motstykker brukt for tyngre objekter,” sa Cao.

Myk-hånd griper

Myk-hånd griper brukes vanligvis når et objekt er skjørt, lett og uregelmessig formede. Men de har mange ulemper, inkludert skarpe overflater, dårlig grep-stabilitet når ubalanserte laster målrettes, og en svakere grep-kraft for tunge laster.

Cao og hans team så på menneske-miljø-interaksjoner, inkludert frukt-plukking og sensitiv medisinsk omsorg, da de designet den nye humanoid hånden. De bestemte at de fleste grep-systemer ikke er effektive i områdene hvor de er mest nødvendige, som oppgaver som krever fast interaksjon med skjøre objekter.

Ifølge teamet, viste prototypen en responsiv, rask og lett griper som kunne håndtere ulike oppgaver.

De forskjellige fingrene på den myke humanoid hånden er laget av en fleksibel hybrid pneumatiske aktuator, også kalt FHPA, og deres bøyning kontrolleres av trykkluft. Dette resulterer i at hver digit kan kontrolleres uavhengig av de andre.

“Tradisjonelle stive griper for industrielle anvendelser er vanligvis laget av enkle, men pålitelige stive strukturer som hjelper til å generere store krefter, høy nøyaktighet og gjentakelighet,” sa Cao. “Den foreslåtte myke humanoid hånden har demonstrert utmerket tilpasning og kompatibilitet i å gripe komplekse formede og skjøre objekter samtidig som den opprettholder en høy nivå av stivhet for å utøve sterke klemmekrefter for å løfte tunge laster.”

FHPA

FHPA består av harde og myke komponenter.

“De kombinerer fordelen av deformabilitet, tilpasning og kompatibilitet av myke griper samtidig som de opprettholder den store utgangskraften som kommer fra stivheten i aktuatoren,” sa Cao.

Ifølge Cao, kan den nyutviklede humanoid hånden brukes i oppgaver som frukt-plukking, automatisert pakking, medisinsk omsorg og kirurgisk robotikk.

Teamet vil nå prøve å kombinere arbeidet med Cao’s tidligere utviklinger, som inkluderer ‘smart’ griper. De ønsker også å integrere trykte sensorer i grep-materialet og kombinere den hybride griperen med ‘myke armer’-modeller, som ville føre til en mer nøyaktig representasjon av menneskelige handlinger blant roboter.