福祉科普|柔性抓取機器人

2020-11-28 福祉科創

柔性抓取機器人可以說是現代機器人產業中的一股"泥石流"，和目前機器人最常用的剛性結構不同的是：其具有較多的自由度且結構簡單，不僅需要保證靈活性和柔韌性，還要在不傷害物品的前提下進行抓取。

哈佛大學研發的超軟納米纖維機器人抓手，可抓取水下軟體生物，例如水母。又為我們打開了新世界的大門。

水母抓取過程（來源：[1]）

哈佛大學此次研發的柔性抓手是由六個"手指"組成，這些"手指"由平面的麵食狀矽膠製成，內部有一個中空通道，粘合在一層柔韌而堅硬的聚合物納米纖維上。它們連接到3D列印的塑料手掌上，將水泵入其中。當通道填滿時，每個通道的壓力僅為0.0455kPa，這還不到人的眼瞼壓力的10%。所以可以較好的在不傷害水母和其他海洋動物的情況下抓住和釋放它們。該成果已在science robotic上發表。

加強納米纖維柔性機器人執行器（來源：[1]）

其執行機構採用模塑和共粘技術製造(如圖A所示截面圖)，六個軟執行機構連接到一個3d列印輪轂上，當增壓時，內部通道膨脹，設備就會向限制應變的納米光纖層彎曲。

而Festo研發的氣動機械手比其他仿生手看起來更像人手，但卻有著和人類手掌完全不一樣的結構，因為它沒有骨骼，完全依靠手指上的氣動波紋管結構來控制動作。當氣室充滿空氣時，手指彎曲；氣室排空時，手指呈伸展狀態。

(來源：google)

除去柔性的結構，更重要的是這款機械手還搭載了強化學習模塊，這意味著這款機械手可以通過自我學習，來不斷的優化自己的行動能力，最終成功完成布置給它的任務。

在醫療康復領域，柔性抓手機器人可幫助失去手部功能的患者能夠抓取各種物體，從而恢復手部功能。

韓國首爾大學柔性機器人研究中心研發了一款名為Exo-Glove Poly可穿戴式柔性手套。

（來源：google）

Exo-Glove Poly由可穿戴部件、驅動單元和按鈕組成，使用肌腱驅動裝置驅動食指和中指彎曲和伸展，並採用一種被動拇指結構，使用熱塑性塑料和矽樹脂材質將拇指固定在一個外展位置，有助於抓取物體。而驅動單元、電機、電池等與手套分離，安裝在輪椅後面或放在桌上，這樣使得手套本身既緊湊又輕便。

（來源：[6]）

除此之外，該產品基於機器學習算法，還可以通過使用者手臂的移動和物體與手的距離分析出使用者的抓取意圖，從而讓柔性手套提供適當的輔助力量，幫助使用者完成動作。

（來源：[6]）

柔性抓手機器人目前還主要停留在大學實驗室裡進行嘗試性的應用，在康復領域應用還比較少，但市場潛力可觀，期待未來會有更多的新興技術和服務應用於人類。

參考文獻：

[1] Sinatra N R, Teeple C B, Vogt D M, et al. Ultragentle manipulation of delicate structures using a soft robotic gripper[J]. Science Robotics, 2019, 4(33): eaax5425.

[2] Chin L, Yuen M C, Lipton J, et al. A simple electric soft robotic gripper with high-deformation haptic feedback[C]//2019 International Conference on Robotics and Automation (ICRA). IEEE, 2019: 2765-2771.

[3] Liu Z, Wang Y, Ren Y, et al. Poly (ionic liquid) hydrogel-based anti-freezing ionic skin for a soft robotic gripper[J]. Materials Horizons, 2020, 7(3): 919-927.

[4] https://www.sohu.com/a/338341524_99956743

[5] http://m.elecfans.com/article/1003644.html

[6]http://www.fftai.com/innovate/xiangqing.php?id=314

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