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- 3D打印手指和光傳感器讓機(jī)器人的手更靈敏
- 來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/10/8
近日,卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一只帶有多個(gè)3D打印光纖傳感器和一個(gè)新型的可伸縮光學(xué)傳感器的的三指軟機(jī)器人手。這個(gè)軟機(jī)器人手能夠檢測(cè)到低于十分之一牛頓的力。該項(xiàng)目獲得了美國(guó)宇航局(NASA)的支持。
使用光纖,該研究團(tuán)隊(duì)在每個(gè)機(jī)器人手指里面放置了14個(gè)張力傳感器,這些機(jī)器人手指的設(shè)計(jì)仿照人類手指的骨骼結(jié)構(gòu)。每根手指的指尖和兩根“指骨”都是3D打印的,這幾根“指骨”通過(guò)關(guān)節(jié)連接,關(guān)節(jié)上還覆有一種硅橡膠“皮膚”。這種技術(shù)為機(jī)器手指提供了確定其指尖接觸位置并檢測(cè)其所經(jīng)受的微不足道的力量的能力。盡管最新的可伸縮性光學(xué)感測(cè)材料并沒(méi)有用在當(dāng)前版本的機(jī)械手上,不過(guò)研究人員希望在以后的軟機(jī)器人皮膚中用到它,以獲得更大的反饋。
客觀地說(shuō),當(dāng)前常用的壓力或力傳感器是有問(wèn)題的。這是因?yàn)槠渲械牟季過(guò)于復(fù)雜,傳感器容易斷裂。而且他們極容易受到來(lái)自電動(dòng)馬達(dá)和其它電磁設(shè)備的干擾。而使用光纖傳感器就沒(méi)有這些問(wèn)題,甚至一根光纖都可以包含幾個(gè)傳感器。在這個(gè)項(xiàng)目中,其機(jī)器人手指上的所有傳感器都與4個(gè)光纖相連接,并且它們對(duì)電磁干擾完全免疫。
研究人員稱,他們開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的目的是為了提高機(jī)器人的自主性!叭绻阆胱寵C(jī)器人自主地工作,并在日常環(huán)境中對(duì)于各種意想不到的力安全地作出反應(yīng),就需要讓機(jī)器人手上安裝比當(dāng)前常見(jiàn)的水平更多的傳感器。”卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)副教授Yong-LaePark稱,“僅在人指尖的皮膚中就含有數(shù)千個(gè)觸覺(jué)感官單位,而一只蜘蛛的每條腿上都有數(shù)百個(gè)機(jī)械刺激感受器。而在當(dāng)前最先進(jìn)的人形機(jī)器人——比如NASA的Robonaut——的手和手腕上,僅有42個(gè)傳感器!
Park開(kāi)發(fā)的這個(gè)機(jī)器人手得到了該校機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生LeoJiang和KevinLow的幫助。這一裝置集成了當(dāng)前市場(chǎng)上在售的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器,該傳感器通過(guò)測(cè)量光纖內(nèi)發(fā)射光波長(zhǎng)的位移來(lái)檢測(cè)拉力。這種手指是靠一個(gè)主動(dòng)性的腱來(lái)彎曲的,同時(shí)還靠另外一個(gè)被動(dòng)的彈性腱提供相反的力拉直手指。
那么,上文中提到的那種新型的可伸縮光學(xué)傳感器是什么東東呢?這是開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)希望能夠用在下一個(gè)版本的機(jī)械手上的傳感器。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的光學(xué)傳感器缺乏彈性,眾所周知,玻璃纖維幾乎無(wú)法拉伸,甚至用聚合物制成的光學(xué)纖維拉伸通率也只有20%-25%,其使用價(jià)值很有限。然而,通過(guò)將硅橡膠與一種反光金(reflectivegold)組合起來(lái),研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)傳感器上被施以壓力時(shí),會(huì)有光能夠逸出,這使得他們能夠據(jù)此測(cè)量力的大小。Park認(rèn)為,這種類型的傳感器可以同時(shí)感應(yīng)到接觸,并測(cè)量力的大小。
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