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简单而灵活的机器手可以抓住足球,或拾起钥匙。
在耶鲁大学的一所新实验室里,研究人员轻按一下开关,一只机器手便收缩其四根蓝白相间的塑料手指抓起了一个足球。研究人员抓住机器手的底座并晃了晃,机器手仍然牢固地抓住足球;再次轻按开关后,机器手便松开了足球。随后他又控制机器手随便抓取放在一条板凳上的电话机、电钻和蜡块,它都能连续并快速地完成任务。
控制机器手抓取随机物体一直是技术难题。典型的机器手上有几十个关节,这些关节由几个独立的电动机控制。各个电动机之间的协调要借助复杂的算法来实现,而且运算时会消耗大量的计算资源。并且,机器手通常只能够抓取其可识别的物体。
但是,耶鲁大学的机械工程学助理教授艾伦·多尔(Aaron Dollar)设计的这款新型机器手却极其简单。一个电动机通过收紧机器手指内类似于肌腱作用的黑色缆线,就可以控制整个机器手。当电动机收紧缆线时,机器手会像人手一样握住物体。传统的机器手使用的是金属材料,非常僵硬,而新型机器手采用了塑料,关节处采用橡胶材料,动作更加灵活,所以抓握物体更加容易,也不会损坏物体。全部的控制指令仅仅是闭合/断开开关。多尔说道:“如果硬件设计合理,软件问题就会变得相对简单。实际上,你所要做的只是让机器手靠近物体并收紧缆线。”
多尔所在的实验室设计了一系列机器手模型,除了四个手指的机器手,还有类似人手的有五个手指的机器手,其大拇指可完成多种抓握姿势。多尔致力于简化机器手的设计,以降低其制造成本并提高其适应能力,并最终制造出具有实用价值的更安全更灵巧的机器人助手,应用于工况条件更加苛刻的工厂环境。同时,这也为制造出更低成本、更灵活的假肢带来了希望。
手指的制作
机器手上的每个手指制作时使用了三种材料:硬塑料,作用相当于人手中的骨骼;橡胶,类似手指的关节;海绵状塑料,充当手指肚。一般制作塑料器件时包括制模、粘台、拧台、卡紧等步骤。多尔对工艺进行了改进,每根手指都借助蜡块完全组装到一起,所有部件一体成形。这样可以延长机器手的使用寿命,他表示。
约瑟夫·贝尔特(J0seph Belter)是实验室的一名研究生,他用计算机设计出了手指模型并将手指的三维坐标输入由计算机控制的铣削机。然而,他将一块蓝色蜡块固定在铣床的钻头下方的可移动平台上。电动机控制平台的移动,高速钻头根据手指三维模型精确地勾勒出手指的外形。这样就加工好了硬塑料部分的模具。
上述工序结束后,研究人员会在成形模具内置入传感器及其他部件,之后注入液态塑料,待其固化,传感器的植入工序即完成。传感器可根据需要进行选择,如果需要确定机器手抓握是否成功则可置入触摸传感器。在这道工序中,贝尔特仅仅植入了一根细金属棒,之后这根金属棒会被移除,为后续的控制缆线留下放置空间。
贝尔特将液态树脂和硬化剂在实验室通风柜内进行混合,制成蓝色的聚氨酯材料,再注入模具。经过一夜的固化和硬化,再将整个蜡块放回铣削机,开始制作手指关节和指肚模型。
贝尔特将液态树脂和硬化剂按不同比例进行混合,制造出橡胶和海绵塑料。海绵塑料有一定黏性,用作手指肚有助于机器手的抓握能力。
待橡胶和海绵塑料成形后,他将模具边缘溢出的塑料修剪掉,将手指从蜡块中撬出,抽出预埋的细金属棒,穿入黑色细缆线,手指准备工作完成。随后他将几个手指安装到一个装有多个滑轮的底座上。这些滑轮用于帮助电动机收紧缆线。
多尔指出,与传统的科研用机器人的制作工艺相比,他所使用的制造方法具有更高效更廉价的优势。这也意味着实验室内的研究员们可以快速对多种机器手进行测试。比如有五个手指的机器手,依靠一个电动机可完成四种抓握动作:转动钥匙或把手、抓起哑铃、用拇指和食指轻轻抓起小物体,或将这些动作结合起来抓取形状不规则的物体。这种灵巧性或许能为假肢移植带来曙光。
机器人行业对多尔的发明表示出兴趣:Barrett技术公司已经得到许可使用该技术并计划于2011年推出第一款商用机器手。这将成为朝着新一代机器人研发所迈出的第一步,对设计简单、适应性强、具有广泛应用价值的机器人的研发具有重要意义。
在耶鲁大学的一所新实验室里,研究人员轻按一下开关,一只机器手便收缩其四根蓝白相间的塑料手指抓起了一个足球。研究人员抓住机器手的底座并晃了晃,机器手仍然牢固地抓住足球;再次轻按开关后,机器手便松开了足球。随后他又控制机器手随便抓取放在一条板凳上的电话机、电钻和蜡块,它都能连续并快速地完成任务。
控制机器手抓取随机物体一直是技术难题。典型的机器手上有几十个关节,这些关节由几个独立的电动机控制。各个电动机之间的协调要借助复杂的算法来实现,而且运算时会消耗大量的计算资源。并且,机器手通常只能够抓取其可识别的物体。
但是,耶鲁大学的机械工程学助理教授艾伦·多尔(Aaron Dollar)设计的这款新型机器手却极其简单。一个电动机通过收紧机器手指内类似于肌腱作用的黑色缆线,就可以控制整个机器手。当电动机收紧缆线时,机器手会像人手一样握住物体。传统的机器手使用的是金属材料,非常僵硬,而新型机器手采用了塑料,关节处采用橡胶材料,动作更加灵活,所以抓握物体更加容易,也不会损坏物体。全部的控制指令仅仅是闭合/断开开关。多尔说道:“如果硬件设计合理,软件问题就会变得相对简单。实际上,你所要做的只是让机器手靠近物体并收紧缆线。”
多尔所在的实验室设计了一系列机器手模型,除了四个手指的机器手,还有类似人手的有五个手指的机器手,其大拇指可完成多种抓握姿势。多尔致力于简化机器手的设计,以降低其制造成本并提高其适应能力,并最终制造出具有实用价值的更安全更灵巧的机器人助手,应用于工况条件更加苛刻的工厂环境。同时,这也为制造出更低成本、更灵活的假肢带来了希望。
手指的制作
机器手上的每个手指制作时使用了三种材料:硬塑料,作用相当于人手中的骨骼;橡胶,类似手指的关节;海绵状塑料,充当手指肚。一般制作塑料器件时包括制模、粘台、拧台、卡紧等步骤。多尔对工艺进行了改进,每根手指都借助蜡块完全组装到一起,所有部件一体成形。这样可以延长机器手的使用寿命,他表示。
约瑟夫·贝尔特(J0seph Belter)是实验室的一名研究生,他用计算机设计出了手指模型并将手指的三维坐标输入由计算机控制的铣削机。然而,他将一块蓝色蜡块固定在铣床的钻头下方的可移动平台上。电动机控制平台的移动,高速钻头根据手指三维模型精确地勾勒出手指的外形。这样就加工好了硬塑料部分的模具。
上述工序结束后,研究人员会在成形模具内置入传感器及其他部件,之后注入液态塑料,待其固化,传感器的植入工序即完成。传感器可根据需要进行选择,如果需要确定机器手抓握是否成功则可置入触摸传感器。在这道工序中,贝尔特仅仅植入了一根细金属棒,之后这根金属棒会被移除,为后续的控制缆线留下放置空间。
贝尔特将液态树脂和硬化剂在实验室通风柜内进行混合,制成蓝色的聚氨酯材料,再注入模具。经过一夜的固化和硬化,再将整个蜡块放回铣削机,开始制作手指关节和指肚模型。
贝尔特将液态树脂和硬化剂按不同比例进行混合,制造出橡胶和海绵塑料。海绵塑料有一定黏性,用作手指肚有助于机器手的抓握能力。
待橡胶和海绵塑料成形后,他将模具边缘溢出的塑料修剪掉,将手指从蜡块中撬出,抽出预埋的细金属棒,穿入黑色细缆线,手指准备工作完成。随后他将几个手指安装到一个装有多个滑轮的底座上。这些滑轮用于帮助电动机收紧缆线。
多尔指出,与传统的科研用机器人的制作工艺相比,他所使用的制造方法具有更高效更廉价的优势。这也意味着实验室内的研究员们可以快速对多种机器手进行测试。比如有五个手指的机器手,依靠一个电动机可完成四种抓握动作:转动钥匙或把手、抓起哑铃、用拇指和食指轻轻抓起小物体,或将这些动作结合起来抓取形状不规则的物体。这种灵巧性或许能为假肢移植带来曙光。
机器人行业对多尔的发明表示出兴趣:Barrett技术公司已经得到许可使用该技术并计划于2011年推出第一款商用机器手。这将成为朝着新一代机器人研发所迈出的第一步,对设计简单、适应性强、具有广泛应用价值的机器人的研发具有重要意义。