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中间节点和基节点通过关节连接

日期: 2019-06-14 03:15 浏览次数 :

  据卡内基梅隆大学的研究人员称,光学传感器可能非常适合用于机器人手中,他们开发了一种带有多个嵌入式光纤传感器的三指软机器人手。他们还创造了一种新型的可拉伸光学传感器。

  通过使用光纤,研究人员能够将14个应变传感器嵌入机器人手中的每个手指中,使其能够确定其指尖接触的位置并检测小于十分之一牛顿的力。新的可拉伸光学传感材料,未包含在此版本的手中,可能可用于柔软的机器人皮肤,以提供更多的反馈。

  “如果你想让机器人自主工作并对日常环境中的意外力量做出安全反应,你需要的机器人手上的传感器比现在更常见,”机器人助理教授Yong-Lae Park说。“人体皮肤只有指尖上有成千上万的触觉感应单位,每条腿上有一个蜘蛛有数百个机械感受器,但即使是最先进的人形机器人,如NASA的Robonaut手上和手腕也只有42个传感器。”

  添加传统的压力传感器或力传感器是有问题的,因为布线可能复杂,易于断裂并且易受电动机和其他电磁装置的干扰。但是单根光纤可以包含多个传感器; Park说,CMU手的每个手指中的所有传感器都连接有四根光纤,但理论上,单根光纤可以完成这项工作。并且光学传感器不受电磁干扰。

  卡内基梅隆研究人员将与智能光纤系统公司的研究人员共同开发机器人手,并于9月29日在德国汉堡举行的IEEE国际智能机器人和系统会议上获得NASA的支持。有关高度可拉伸光学传感器的报告将于10月1日在同一会议上发布。

  工业机器人,在人们不冒险的受控环境中工作,只需要有限的传感器就能够进行极其精确的操作。但是,随着CMU和其他地方的机器人专家开发能够与人类进行常规和安全互动的软机器人,对触觉和力感应的关注日益增加,Park说。

  机器人手上的每个手指模仿人手指的骨架结构,指尖,中间节点和基节点通过关节连接。骨骼“骨头”是3D打印的硬塑料,并包含八个传感器用于检测力。三个部分中的每一个都覆盖有柔软的硅橡胶外壳,其中嵌有总共六个传感器,用于检测接触的位置。单个活动肌腱用于弯曲手指,而被动弹性肌腱提供反向力以伸直手指。

  该手由机械工程学生Leo Jiang和Kevin Low开发,采用市售的光纤布拉格光栅(FBG)传感器,通过测量光纤反射光的波长来检测应变。

  Park公司指出,尽管传统的光学传感器具有优势,但它们的伸展性并不高 - 玻璃纤维几乎不伸展,甚至聚合物纤维的拉伸也只有20-25%。这是诸如手的设备中的限制因素,其中广泛的运动是必要的。Park先前开发了高度可拉伸的微流体软传感器 - 通过液体导体填充通道测量应变的膜 - 但是它们很难制造,并且如果液体泄漏会导致混乱。

  因此,Park与来自CMU的机械工程专业学生Celeste To和来自德克萨斯大学的Tess Lee Hellebrekers合作,发明了一种高度可伸缩且灵活的光学传感器,使用了市售的硅橡胶。这些软波导内衬有反光金; 随着硅树脂的拉伸,在反射层中产生裂缝,使光线逸出。通过测量光的损失,研究人员能够计算应变或其他变形。

  Park表示,这种柔性光学传感器可以整合到柔软的皮肤中。这样的皮肤不仅能够检测接触,如CMU手中的软部件的情况,还能测量力。