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多材料3D打印制成的柔软,灵敏的机器人握指

躯壳
2021-01-14 17:54:55

软夹持器使机器人能够操纵细腻的物体,但这并不一定意味着它们可以安全地在诸如老年人之类的活生物体周围使用,因此研究人员继续致力于改善对软机器人夹持器的感知。根据日本立命馆大学的一个团队,目前机器人技术的主要目标之一就是开发一种灵巧的机器人抓手,使其具有更安全,更像人类的功能。研究人员一直在努力设计3D打印的柔软灵敏的机器人手指,这将是朝着朝着更安全的机器人正确方向迈出的重要一步,并且最近在《纳米能源》杂志上发表了有关其工作的研究。

 

摘要指出:“通过嵌入式柔性传感器的本体感觉对于软机器人抓手实现安全灵巧的抓握至关重要。我们通过将聚偏二氟乙烯薄膜与微结构干扰层结合在一起,展示了一种自供电,灵活的多功能传感器。卡纸层和手指主体是通过多材料3D打印技术制造的。”

3D打印机器人

为了完成各种任务,软抓取器应具有自身的位置和运动感,即本体感觉,但是传感器是该过程的重要组成部分,并且大多数现有的传感器过于僵化,无法以有用的方式进行集成,例如根据立命馆新闻稿,它们“损害了软零件的机械特性”。但是,这个团队在谢梦莹副教授的带领下,使用多种材料的3D打印技术制造出了柔软的机械手指,这些手指具有内置的本体感应器,其硬度可调。

 

内置于软手指中的传感器可以提供被动的曲率和刚度本体感觉,最大灵敏度分别为0.55 mV m和0.09 Vm / N。它也可以作为主动干扰元件来调节手指的刚度(15–44 N / m),同时不影响机器人运动的动态。我们演示了带有三指机械手的多功能传感器,该传感器可以在“拾取和放置”过程中成功记录手指的弯曲和僵硬。

 

几个特殊功能使具有三个手指的3D打印的软机器人抓手能够抓握并抓住物体。首先,得益于增强的充气室及其提供的气压,团队的柔软手指可以非常可控的方式弯曲。一个独立的腔室具有真空,该真空能够通过真空阻塞来调节手指的刚度:该过程从柔性材料的多个堆叠层之间吸出空气以使其变硬。更加有趣的是在真空阻塞腔中添加到柔性材料中的压电层,它充当传感器。

 

当材料在压力下时,压电效应会改变电压,这为研究人员提供了一种利用其优势的方法,可以感知机器人手指的初始刚度和弯曲度。真空室中的微结构层进一步提高了3D打印的软夹具的灵敏度,因为它改善了压力在压电材料上的分布方式。压电效应还允许传感器自行供电,这意味着它不需要能量供应。

 

谢教授说:“自供电的内置传感器不仅将使机器人能够与人类及其周围环境进行安全交互,而且还消除了目前依靠供电传感器来监控状况的机器人应用的障碍。”

3D打印机器人

借助多材料3D打印,团队可以轻松地将刚度和感应调整机制集成到软夹持器的设计中,这将使手指在操作易碎物品时更安全,就像在医疗领域一样。

 

“我们的工作提出了一种设计传感器的方法,该传感器不仅可以作为机器人应用的传感元件,而且还可以作为有效的功能材料,在不损害其动态性能的情况下提供对整个系统的更好控制,”谢教授说。

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