Ingenjörer designar humanoid hand för grepp av ömtåliga föremål

Ett team av ingenjörer vid Michigan State University har designat och utvecklat en humanoid hand som är mycket bättre på att utföra ömtåliga uppgifter jämfört med de som traditionellt används. Den nya robotiska handen kan hantera föremål som är ömtåliga, lätta och oregelbundet formade.

Robotar i den industriella miljön

Den industriella miljön är ett av de områden som påverkas mest av utvecklingen inom robotteknik, eftersom tekniken ofta används för upprepad grepp och kontroll av föremål.

Området på roboten där en människas hand skulle vara belägen kallas en slutanordning eller gripdon, och det var fokus för den nya forskningen, som publicerades i Soft Robotics och har titeln “Soft Humanoid Hands with Large Grasping Force Enabled by Flexible Hybrid Pneumatic Actuators.”

Changyong Cao var huvudförfattare och är chef för Laboratory for Soft Machines and Electronics vid MSU. Cao är också biträdande professor i Packaging, Mechanical Engineering och Electrical and Computer Engineering.

“Den nya humanoida handdesignen är en mjuk-hård flexibel gripdon. Den kan generera en större greppkraft än en traditionell ren mjuk hand, och samtidigt vara mer stabil för exakt manipulation än andra motsvarigheter som används för tyngre föremål,” sa Cao.

Mjuk-hand gripdon

Mjuk-hand gripdon används vanligtvis när ett föremål är ömtåligt, lätt och oregelbundet formad. De har dock många nackdelar, inklusive vassa ytor, dålig greppstabilitet när obalanserade laster är målet, och en svagare greppkraft för tunga laster.

Cao och hans team tittade på mänskliga miljöinteraktioner, inklusive fruktplockning och känslig medicinsk vård, när de designade den nya humanoida handen. De kom fram till att de flesta grip-system inte är effektiva i de områden där de behövs mest, som uppgifter som kräver fast interaktion med ömtåliga föremål.

Enligt teamet visade prototypen en responsiv, snabb och lätt gripdon som kunde hantera olika uppgifter.

De olika fingrarna på den mjuka humanoida handen är tillverkade av en flexibel hybridpneumatisk aktuator, också kallad FHPA, och deras böjning styrs av tryckluft. Detta resulterar i att varje finger kan styras oberoende av de andra.

“Traditionella styva gripdon för industriella tillämpningar är vanligtvis tillverkade av enkla men tillförlitliga styva strukturer som hjälper till att generera stora krafter, hög noggrannhet och upprepningsbarhet,” sa Cao. “Den föreslagna mjuka humanoida handen har visat utmärkt anpassningsförmåga och kompatibilitet vid grepp av komplexa och ömtåliga föremål samtidigt som den upprätthåller en hög nivå av styvhet för att utöva starka kraftutövningar för att lyfta tunga laster.”

FHPA

FHPA består av hårda och mjuka komponenter.

“De kombinerar fördelarna med deformerbarhet, anpassningsförmåga och eftergivlighet hos mjuka gripdon samtidigt som de upprätthåller den stora utmatningskraften som härrör från styvheten hos aktuatorn,” sa Cao.

Enligt Cao kan den nyligen utvecklade humanoida handen användas i uppgifter som fruktplockning, automatiserad förpackning, medicinsk vård och kirurgisk robotik.

Teamet kommer nu att försöka kombinera arbetet med Caos tidigare utveckling, som inkluderar “smart” gripdon. De vill också integrera tryckta sensorer i gripmaterialet och kombinera den hybrid-gripdon med “mjuka armar”-modeller, vilket skulle leda till en mer exakt representation av mänskliga handlingar bland robotar.