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Give me a hand! 穿戴式模块化机械手臂可成为作业人员的第三只手

作者:陈明阳时间:2019-04-12来源:DIGITIMES收藏

卡内基美隆大学(Carnegie Mellon University;)仿生实验室(Biorobotics Lab)的研究团队基于机器蛇(snake robot)的模块化(modular)机器节段(robotic segment),开发的附加,对于原本单人双手不易处理的作业将可额外助其一(或多)臂之力。

本文引用地址:article/201904/399453.htm

根据TechCrunch报导,2017年仿生实验室开发机器蛇,原本是为狭小空间的搜救任务与基础设施检验而设计,后来模块化以各种机器节段组成,工程人员可依需求搭配混用不同功能的节段,或以不同的制造节段互相取代。这些弹性带动一系列不同应用的发展计画,如类蜘蛛的六足(hexapod robot),并催生至少一家匹兹堡地区的新创公司。

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类似后背包的附加机器手臂能助作业人员一臂之力

仿生机器人实验室的学生团队运用机器节段自主进行各种应用计划,基于HEBI Robotics机器致动器(robotic actuator)模块的机器节段硬件功能强大,可重新配置组成各式不同形状,并提供完整开发环境支持快速编程以提供新功能,有助于激发新的研究方向与促进研发成果商业化。

协作机器人(cobot)较传统机器人更小型与轻量,且能提升与人类协作时的安全性。模块化机器人透过1组可重配置的硬件而具备适应各种工作的能力,可加速客制化机器人的发展且较传统机器人更具成本优势。不过即使计算能力、工程经验、直觉皆齐备,目前仍不易快速配置模块化机器人并为目标作业编程。

CMU仿生机器人实验室致力于自动集成模块化机器手臂的设计与控制器,发展机器人设计与编程的算法,确保模块化的协作机器人能近距离与人类协作,执行如辅助餵食(assistive feeding)与协作制造(collaborative manufacturing)等工作,例如博士生Julian Whitman开发附加肢体的原型装置,能在使用者处理双手不易应付的复杂作业时提供协助。

由机器节段模块构成的机器手臂连接至配备控制与动力组件且类似后背包的支撑结构,而非采外骨骼(exoskeleton)方式,使用者透过游戏控制器以按钮或语音指令操控机器手臂,非常适合在头顶上方的作业空间助使用者一臂之力,例如汽车或飞机组装作业常要将某些零部件举高锁定在头顶上方位置,便可用机器手臂将零部件就定位,由工作人员进行锁定。

Julian Whitman的附加机器手臂其终端效应器(end effector)为橡胶包覆、具备压缩弹簧铰链的金属平板。未来后背包的支撑结构或可扩充更多附加机器手臂,端视使用者的负重能力与限定时间内能控制机器手臂的极限,毕竟超过某个数量后不仅控制困难且实用性下降,不过附加机器手臂若能提高自主性,并具备专属的感知力与决策程序,功能将更强大。

HEBI Robotics的串联式弹性(series-elastic)致动器模块采用标准化硬件并内建安控机制,具备可同时控制位置、速度、转矩(torque)的传感器与三轴惯性测量(inertial measurement)元件,精简的封装集成了无刷马达、控制电子单元、编码器(encoder)、标准10/100Mbps以太网络、齿轮组(geartrain)、弹簧,可由18~48V的DC电源提供动力。

HEBI Robotics的致动器为全功能机器部件模块而非仅是伺服马达(servo motor),启动时无需校正或归位即可持续运转输出,并提供穿孔(thru-bore)以利菊链串接(daisy-chaining)与配线,让工程师、产业集成者、研究人员可快速而容易的配置,广泛应用于建构轮行式机器人(wheeled robot)、多自由度协作机器手臂等适合不同用途的客制化机器人。

HEBI Robotics的致动器采用免费的ChibiOS,提供包括实时操作系统(RTOS)、硬件抽象层(HAL)、周边驱动程序、支持档案与工具,并集成外部的开源元件以提供完整的崁入式装置与应用开发环境解决方案。HEBI Robotics可提供客户致动器的独立模块或是预先组装且配置好的套件。



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