Pnömatik Yumuşak Ellere Güç Verir

Sert “parmaklara” sahip geleneksel robotik tutucular pahalı olma eğilimindedir, sınırlı kapasiteye sahiptir ve hassas nesneleri güvenli bir şekilde işlemek için özellikle uygun değildir. Bu engellerin üstesinden gelmek için, Berlin Teknik Üniversitesi Robotik ve Biyoloji Laboratuvarı (RBO Laboratuvarı) araştırmacıları, uyarlanabilir, basit ve ucuz yumuşak robotik tutucular geliştiriyorlar. Nihai hedef, bir insan elinin hareketlerini yakından taklit etmektir.

Diğer projelerin yanı sıra, RBO Laboratuvarı Yumuşak Eller dediklerinin nasıl oluşturulacağı ve kontrol edileceği konusunda temel araştırmalar yapar. Ana odak noktası sağlam, özelleştirilebilir ve etkili yumuşak aktüatörler ve ilgili kontrol teknolojisi tasarlamaktır.

Laboratuar yetkililerine göre, motorlar, dişliler, tendonlar ve bağlantılar gibi bileşenlerden üretilen geleneksel elektromekanik aktüatörler aşınmaya eğilimlidir, birçok parçaya ihtiyaç duyar ve montajı zordur. Bu, ortaya çıkan robotları pahalı hale getirir ve çoğu uygulama için uygun değildir.

Yumuşak Eller, klasik robot el tasarımından bir ayrımı temsil eder, çünkü özellikle gelişmiş kontrol stratejileriyle birlikte mekanik uyumluluğu kullanırlar. Parmak hareketleri basınçlı hava ile güçlendirilir. Amaç, kavrama işlemlerini basit, esnek ve uyarlanabilir hale getirirken, birçok uygulamada gerekli olmayan ultra hassas konumlandırmadan ödün vermektir.

Laboratuvar birkaç prototip geliştirdi. En son sürüm, ucuz, son derece uyumlu ve hünerli antropomorfik bir el olan RBO Hand 2 olarak adlandırılıyor. PneuFlex aktüatörleri olarak adlandırılan parmaklar, katkı maddesi imalat ve kalıplama işlemleri kullanılarak elyaf takviyeli silikon kauçuktan yapılmıştır. Gelecekte, yumuşak aktüatörler, belirli kullanıcı tanımlı yetenekler sağlamak için çeşitli malzeme ve tasarımlar kullanılarak tek bir imalat aşamasında 3D olarak basılabilir.

Parmak konstrüksiyonu, bir kauçuk üst kısım ve alt kısımda elastik olmayan fiberlerle gömülü kauçuk içerir. Parmağı basınçlı hava ile doldurmak, alt yarısı değilken üst kısmı uzatmaya zorlar. Üst ve alt arasındaki uzunluk farkları aktüatörün bükülmesine neden olur. Helisel olarak sarılmış takviye elemanları, aktüatörün şeklini güçlendirir ve stabilize eder, bu nedenle radyal genleşmeden ziyade bükülmeye yol açar.

Ekip ayrıca yumuşak sensörlerin PneuFlex aktüatörlerine gömülmesini araştırıyor. Yüksek deforme olabilirlik nedeniyle, mevcut sensör teknolojilerinin çoğu esnek aktüatörlerle uyumlu değildir. Dokunsal geribildirim yetenekleri eklemek için, araştırmacılar aşağıdaki gibi alternatif sensör teknolojilerini araştırıyorlar: deformasyonu algılamak için sıvı-metal zorlanma sensörleri; şekli algılamak için optik liflerin ızgarası; gerilmeyi ölçmek için iletken termoplastik-elastomer elyaflar; ve gerilebilir çok katmanlı kapasitif yüzeylerle dokunma algılaması.

RBO Hand 2, pnömatik parmakların gerçek zamanlı senkronizasyonu ve kontrolü için geliştirilmiş nispeten ucuz bir PneumaticBox kullanılarak kontrol edilir. PneumaticBox donanımı, valf sürücüleri, basınç sensörleri ve 24 V güç kaynağı ile birlikte bir dizi 5/3 valf ve gömülü bilgisayar (Beaglebone Black) içerir. Yaygın olarak kullanılan açık kaynaklı robotik yazılımlar (ROS, RoboticsLab RLab ve Python komut dosyaları gibi) kullanır ve bir TCP / IP ağı üzerinden uzaktan kontrol edilebilir.

RBO Hand 2, yalnızca yumuşak, deforme olabilen yapılara güvenirken robotik ellerin yeteneklerini ve sınırlarını araştırmak için geliştirilmiştir. Cihazın benzersiz uyarlanabilirliği, aşağıdakiler gibi çeşitli avantajlar sunar:

Künt çarpışmalara kolayca dayanır

Düşük etkili enerjiler sunar

Robot kolundan pasif olarak uyumlu parmaklar ve avuç içi dekuplaj teması, stabilize kuvvet kontrolü

Çeşitli nesne şekillerine uyumluluk parmak kontrolünü basitleştirir

Pnömatik çalıştırma karmaşık el ve aktüatör geometrilerine izin verir

Son olarak, RBO Lab yetkililerine göre, çalışmanın bir başka önemli yönü de, elektromekanik ellere kıyasla yumuşak robot mühendisliğinin henüz başlangıç aşamasında olduğu. Yumuşak ellerle ilgili tasarımlar, kontroller ve teknolojiler üzerinde devam eden araştırmalar daha fazla atılımla sonuçlanmalıdır.