设计适合多种功能的理想软夹持器

Josiah02

机器人自动化已成为解决劳动力短缺问题的根本性手段。虽然传统的刚性夹持器已有效地实现了各种常规任务的自动化，提高了处理规格明确的物体的行业的效率和生产力，但它们在食品行业等需要处理各种大小和形状的精密物体的行业中却显得力不从心。在这些情况下，需要更专业的夹持器。
新加坡科技设计大学 (SUTD) 副教授 Pablo Valdivia y Alvarado 博士说：“仿生软机器人致力于开发从大自然中汲取灵感并利用先进材料和制造工艺的技术。”
受人类双手自然灵巧性和控制力启发而设计的软夹持器特别适合食品行业。它们可以适应不同大小和形状的物体，同时更均匀地分配力，使其成为处理精致物品的理想选择。
人们组织了各种竞赛来测试和挑战软夹持器在执行实际任务中的能力。该领域的一项主要活动是一年一度的 IEEE RoboSoft 操作竞赛，副教授 Valdivia y Alvarado 和他的团队在 2022 年和 2023 年都获得了大奖。
在《机器人和人工智能前沿》杂志上发表的论文《真空驱动多材料混合软夹持器的应用：从 RoboSoft 操作挑战中吸取的教训》中，他们分享了参加这些比赛的宝贵见解和经验教训。
该团队的基础夹持器设计至关重要，为后续改进奠定了坚实的基础。鉴于某些比赛细节经常在最后一刻披露，因此多功能性至关重要。该团队选择了三指夹持器设计，能够适应各种形状和抓取模式。
在制作原型时，Valdivia y Alvarado 副教授及其团队优先考虑了耐用、耐磨损、对食品和皮肤安全且高弹性的材料，以确保夹持器能够毫不费力地适应不同的物体。该团队没有使用更常见的基于正压的驱动，而是选择了真空驱动，以避免与正压系统相关的压力过载的固有风险。
该团队的真空驱动混合软夹持器由两个关键部件组成：软复合手指和手掌。手指的设计灵感来自人体解剖学，其特点是坚硬的楔形物被柔软的薄皮肤覆盖。当被真空激活时，皮肤会塌陷，导致手指弯曲并抓住物体。手掌的设计类似，增强了夹持器的承重能力和控制力。
这种坚固的基线设计允许在后续迭代中增加更多功能和能力。Valdivia y Alvarado 副教授强调了与其他软夹持器相比，该夹持器的抓握范围更广。
该团队进一步增强了设计，增加了吸盘以增加有效载荷能力，并增加了一个用作钩子的弯曲钉子。这种对特定比赛挑战的适应性对他们在 RoboSoft 比赛中取得成功至关重要。
在反思经验教训时，Valdivia y Alvarado 副教授强调了远见和多才多艺的重要性。
他强调，选择更简单、更高效的解决方案比选择复杂的工程更有价值，因为复杂的工程可能会减慢处理时间。此外，他还强调了多功能和模块化设计的必要性，以便在比赛细节出现时定期更新。适应性至关重要。
RoboSoft 竞赛场景以实际应用为基础，展示了该团队的真空驱动混合软夹持器在食品处理、高混合包装、垃圾分类和城市农业等任务中的潜力。该团队已经获得两项技术商业化补助，目前正在推进产品开发和试点测试。
该项目体现了新加坡科技设计大学将设计与技术融入研究的方法。该夹爪荣获了享有盛誉的 Iron A' 设计奖，其设计旨在适应不同行业的多种功能。
副教授 Valdivia y Alvarado 指出，他们结合行业持续反馈的方法确保了研究的相关性，促进了从实验室原型到可供最终用户使用的商业产品的转变。
更多信息： Saikrishna Dontu 等人，真空驱动多材料混合软夹持器的应用：从 RoboSoft 操作挑战中吸取的经验教训，机器人和人工智能前沿(2024)。DOI ：10.3389/frobt.2024.1356692
期刊信息： 机器人和人工智能前沿