Der Aufbau einer Super-robuste Roboter-Hand - IEEE Spectrum
Deutsch-Forscher haben eine anthropomorphe Roboterhand gebaut, die Kollisionen mit harten Gegenständen und sogar Schlägen von einem Hammer, ohne zu brechen in Stücke ertragen.
Die DLR Hand hat die Form und Größe einer menschlichen Hand mit fünf Fingern gelenkig durch ein Netz von 38 Sehnen angetrieben, die jeweils mit einem individuellen Motor auf dem Unterarm.
Die wichtigste Funktion, die das DLR Hand unterscheidet sich von anderen Roboterhänden macht, ist, dass es seine Steifigkeit zu kontrollieren. Die Motoren können Spannungen die Sehnen, die Hand ermöglicht heftige Stöße zu absorbieren. In einem Test schlugen die Forscher die Hand mit einem Baseballschläger-a 66 G Wirkung. Die Hand überlebt.
Das Video unten zeigt die Finger bewegen und die Hand mit einem Hammer und einer Metallstange getroffen zu werden:
Das DLR-Team wollte nicht eine anatomisch korrekte Kopie einer menschlichen Hand zu bauen, wie andere Teams haben. Sie wollten eine Hand, die wie eine menschliche Hand sowohl in Bezug auf Geschicklichkeit und Belastbarkeit durchführen kann.
Die Hand hat insgesamt 19 Freiheitsgrade, oder nur eine weniger als die reale Sache, und es kann den Finger unabhängig variieren Objekte zu erfassen bewegen. Die Finger können eine Kraft von bis zu 30 Newton an den Fingerspitzen ausüben, die auch diese Hand macht eine der je gebaut stärksten.
Ein weiteres Schlüsselelement in dem DLR-Design ist ein Federmechanismus auf jede Sehne verbunden. Diese Federn [Foto links] geben die Sehnen, die aus einer superstarken Kunstfaser genannt Dyneema, mehr Elastizität, so dass die Finger, Energie zu absorbieren und freisetzen, wie unsere eigenen Hände zu tun. Diese Fähigkeit ist der Schlüssel für die Robustheit zu erreichen und zum Nachahmen von den kinematischen, dynamische und Krafteigenschaften der menschlichen Hand.
Warum solch eine super starke Hand bauen?
„Wenn jedes Mal, wenn ein Roboter seine Hand Bumps, wird die Hand beschädigt, werden wir ein großes Problem Roboter in der realen Welt bereitstellt Service haben“, sagt Grebenstein.
Andere Hände, wie die Hand Schatten entworfen in der U.K. verwenden auch antagonistische Betätigung. Aber der Schatten verwendet pneumatische künstliche Muskeln, die Einschränkungen in haben, wie viel sie ihre Steifigkeit variieren.
Bevor die neue Hand zu entwickeln, entworfen Grebenstein die Hand eines anderen fortgeschrittenen Roboter, der humanoiden Justin. Er sagt, dass in einem Experiment würde sie schwere Bälle werfen und haben Justin versuchen, sie zu fangen. „Die Auswirkungen würden die Gelenke über ihre Grenzen hinaus belasten und die Finger töten“, sagt er.
Die neue Seite kann eine Kugel aus mehreren Metern Entfernung geworfen fangen. Die Betätigungs- und Federmechanismen in der Lage sind, die kinetische Energie ohne strukturelle Schäden zu absorbieren.
Aber die Hand kann nicht immer in einem steifen Modus. Um Manipulationsaufgaben zu tun, die Genauigkeit erfordert, ist es besser, eine Hand mit geringer Steifigkeit zu haben. Durch Einstellen der Sehne Motoren kann die DLR Hand genau das tun.
Um die Hand zu betreiben, verwenden die Forscher spezielle Sensorhandschuh oder einfach Greifen Befehle senden. Das Steuersystem basiert den Gelenkwinkel zu überwachen. Es braucht nicht Impedanzkontrolle zu tun, Grebenstein sagt, weil die Hand Compliance innerhalb der Mechanik hat.
Um festzustellen, ob ein Objekt weich und muss sanfter behandelt werden, zwingen die Hand Maßnahmen Spur der Verlängerung der Federmechanismen zu halten.
„In Bezug auf die Greif- und Geschicklichkeit sind wir ganz nah an der menschlichen Hand“, sagt er und fügt hinzu, dass die neue Hand ist „Meilen voraus“ Justins Hände.
Über 13 Personen haben auf der Hand gearbeitet und Grebenstein besteht darauf, es ist schwer, die Kosten des Projekts zu schätzen. Aber er sagt, dass die Hardware für eine Hand würde zwischen 70.000 und 100.000 Euro kosten.
Grebenstein hofft, dass ihr neuer Ansatz zur Hand Design helfen, den Bereich der Serviceroboter vorzuzurücken. Er sagt, dass die aktuelle Roboter-Hardware neue Entwicklungen beschränkt hat, weil es teuer ist und Forscher nicht leisten können, Experimente machen, die sie beschädigen könnten.
„Das Problem ist‚ sagt er,‘man nicht ohne das Experimentieren lernen kann.“