Nowa generacja miękkiego chwytaka dla bezpieczniejszych interakcji człowiek-robot

Sztywne chwytaki końcowe dla robotów przemysłowych oferują szybkość, wytrzymałość i precyzję, podczas gdy chwytaki zgodne lub miękkie oferują zmienność i bezpieczniejszą interakcję na linii człowiek-maszyna. Zespół inżynierów z Uniwersytetu Stanowego Michigan zaprojektował i opracował nowy chwytak humanoidalny, który może połączyć te dwie opcje w jeden, uniwersalny chwyt.

„Nowa konstrukcja ręki humanoidalnej to miękko-twardy hybrydowy chwytak elastyczny. Może on generować większą siłę chwytu niż tradycyjny miękki chwytak a jednocześnie być bardziej stabilny w dokładnej manipulacji niż inne odpowiedniki używane do cięższych przedmiotów” – powiedział główny autor Changyong Cao – dyrektor Laboratorium Maszyn Miękkich i Elektroniki na Uniwersytecie Stanowym Michigan oraz adiunkt w dziedzinie opakowań, inżynierii mechanicznej oraz inżynierii elektrycznej i komputerowej.

Michigan State przezwycięża ograniczenia miękkiego chwytaka

Miękko-twarde chwytaki nadają się głównie w miejscach, gdzie przedmiot może być delikatny, lekki i nieregularnie ukształtowany – mają kilka wad: ostre powierzchnie, słabą stabilność przy chwytaniu niewyważonych ładunków oraz stosunkowo słabą siłę chwytania przy przenoszeniu ciężkich ładunków.

Projektując nowy model, Cao i jego zespół wzięli pod uwagę szereg interakcji człowieka z otoczeniem, od zbierania owoców po wrażliwą opiekę medyczną. Stwierdzili, że niektóre procesy wymagają bezpiecznej, ale pewnej interakcji z delikatnymi przedmiotami – większość istniejących systemów chwytania nie nadaje się do tych celów.

Zespół stanu Michigan wyjaśnił, że w wyniku nowatorskiego projektu powstał prototyp demonstrujący zalety szybkiego i lekkiego chwytaka zdolnego do obsługi wielu zadań, które tradycyjnie wymagały różnych rodzajów systemów chwytania.

Każdy palec miękkiej dłoni humanoidalnej jest skonstruowany z elastycznego hybrydowego siłownika pneumatycznego lub FHPA – napędzanego do zginania za pomocą sprężonego powietrza, tworząc modułowe ramy dla ruchu w których każdy „palec” porusza się niezależnie od pozostałych.

Hybrydowa ręka robota przystosowana do dużych obciążeń

„Tradycyjne chwytaki sztywne do zastosowań przemysłowych są zazwyczaj wykonane z prostych, ale niezawodnych konstrukcji sztywnych, które pomagają w generowaniu dużych sił, wysokiej dokładności i powtarzalności”, wyjaśnił Cao. „Proponowana miękka ręka humanoidalna wykazała się doskonałą adaptacyjnością i kompatybilnością w chwytaniu przedmiotów o skomplikowanych oraz delikatnych kształtach, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego poziomu sztywności w celu wywierania silnych sił zaciskających do podnoszenia ciężkich ładunków”.

W istocie, to co najlepsze z obu światów – powiedział. FHPA składa się zarówno z twardych, jak i miękkich komponentów, zbudowanych wokół unikalnej kombinacji strukturalnej uruchamianych pęcherzy powietrznych i rdzenia sprężynowego przypominającego kość.

„Łączą one w sobie zalety odkształcalności, adaptacyjności i zgodności miękkich chwytaków przy jednoczesnym zachowaniu dużej siły wyjściowej wynikającej ze sztywności siłownika” – powiedział Cao.

Możliwe zastosowania i przyszłe badania

Prototyp może być przydatny w takich branżach, jak zbieranie owoców, zautomatyzowane pakowanie, opieka medyczna, rehabilitacja i robotyka chirurgiczna.

Mając wystarczająco dużą elastyczność na przyszłe badania i rozwój, zespół ma nadzieję połączyć swoje postępy z ostatnimi pracami Cao nad tak zwanymi inteligentnymi chwytakami, integrującymi drukowane czujniki z materiałem chwytnym.

Dzięki połączeniu hybrydowego chwytaka z miękkimi ramionami, naukowcy chcą dokładniej naśladować precyzyjne działania człowieka.

Zdjęcie producenta