简化的机器人夹持器仍可处理复杂的物体操作任务

Josiah02 · 发表于 2024-8-19 07:41:31

近年来，世界各地的机器人专家设计了各种机器人夹持器，可以拾取和操纵不同类型的物体。在处理现实世界的手动任务（尤其是复杂的物体操纵任务）时最有效的夹持器通常是受人手启发的夹持器。
尽管人形机械手通常性能良好，但它们依赖于先进且有时昂贵的机制以及复杂的编程工具。这可能会限制它们的大规模部署，因为这使得它们在开发节能且具有成本效益的机器人方面不切实际。
普渡大学和麻省理工学院 (MIT) 的研究人员最近开发了一种更简单但似乎同样有效的机器人夹持器。这种夹持器在arXiv预印本服务器上发布的一篇论文中进行了介绍，尽管其自由度 (DOF) 比受人手启发的夹持器要少，但它可以有效地处理复杂的物体操纵任务。
论文共同作者 Yu She 告诉 Tech Xplore：“传统的高自由度灵巧机械手可以执行复杂的手部操作任务，但由于其机制复杂，编程/控制并不容易。”
“相比之下，传统的单自由度平行爪机器人夹持器易于编程/控制，但仅限于抓取任务，并且难以进行手动操作。我们的团队旨在设计一种夹持器，以弥合这两种夹持器之间的差距。”
她和同事开发的新型夹持器有 5 个自由度。虽然其简单的设计使其更容易通过编程工具进行控制，但该夹持器仍可以像人类一样进行手部操作，依靠集成的基于视觉的触觉传感器记录的传感数据。
新设计的夹钳基本上由两个连接到夹钳底座的手指组成。值得注意的是，该团队还在夹钳左手指的顶部安装了一个小型基于视觉的触觉传感器。
所提出的触觉夹持器具有五个自由度。图片来源：Zhou 等人。
“夹持器底座为夹持器的闭合和打开提供了一个自由度，”她解释道。“每个手指都配备了一个线性致动器和一个旋转伺服电机，为夹持器提供了总共五个自由度。夹持器的手指采用 3D 打印技术，由 PLA 材料制成。左指尖安装了一个基于 GelSight mini 视觉的触觉传感器，提供有关所抓物体的几何形状、方向和抓握力的信息。”
佘建军和他的同事开发的夹持器的特点是，在轻松控制其运动的同时，通过结合其 5 个自由度，它仍然可以在手部操作任务中实现高度的灵活性。
研究人员在一系列初步的现实实验中对夹持器进行了评估，发现它超越了大多数具有几个自由度的简单夹持器的基本操作技能。夹持器可以有效地完成两种类型的物体操作，即分离和铲取。例如，它可以模仿人类摩擦掉物体表面和手指之间卡住的沙粒的动作，这是人类在海滩上捡贝壳时可能会做的动作。
“我们证明，自由度比人形机器人手更少的夹持器可以成功完成复杂的手部操作任务，”她说。“这种复杂性的降低可以简化控制器设计，并实现更强大、更具成本效益、更节能的机器人解决方案，这些解决方案更易于实施和维护。”
该研究团队推出的机器人夹持器很快将得到进一步开发，并应用于其他复杂的物体操控任务。其底层设计还可以启发其他类似的机器人系统的发展，这些系统既经济高效，又能操控物体。
她补充道：“我们现在计划使用开发的触觉夹持器来完成更具挑战性的操控任务，这些任务目前超出了其他机器人夹持器的能力。”“这些任务包括但不限于可变形线性物体的操控。”
更多信息： Yuhao Zhou 等人，使用 5 DOF 触觉夹持器进行手持式分离和铲取操作，arXiv (2024)。DOI ：10.48550/arxiv.2408.00610
期刊信息： arXiv

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