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蘇黎世聯(lián)邦理工研究人員開發(fā)出3D打印仿生機(jī)械手,靈活度堪比人類手掌

科研前沿
2023
08/22
17:08
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本帖最后由 warrior熊 于 2023-8-22 17:10 編輯

導(dǎo)讀:增材制造與醫(yī)療領(lǐng)域之間的協(xié)同效應(yīng)正在顯著增長。從制作3D 打印血管和植入物到制造藥丸形式的藥物,這些應(yīng)用正在不斷擴(kuò)展,并引發(fā)醫(yī)療領(lǐng)域的變革。

2023年8月22日,南極熊獲悉,蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員在機(jī)器人領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展,推出了“FaiveHand”,這是一種通過 3D 打印生產(chǎn)的肌腱控制機(jī)器人手。他們與馬克斯·普朗克蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院學(xué)習(xí)系統(tǒng)中心合作,旨在開發(fā)一種高度模仿人類手掌特征的機(jī)械手裝置。因此,F(xiàn)aive Hand 與人類的手掌非常相似,使其能夠為我們執(zhí)行日常任務(wù),包括家務(wù)活。

3D 打印的Faive Hand,帶有肌腱和拇指關(guān)節(jié)(照片來源:蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院)

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院致力于醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新。例如,他們的研究人員此前已經(jīng)推出了使用3D 打印真菌創(chuàng)建的皮膚,以及具有實時監(jiān)控功能的精制鞋墊。

帶有由壓電元件制成的導(dǎo)電軌道和傳感器的 3D 打印鞋墊

這種類人手裝置因其流暢且不受限制的運(yùn)動而引人注目,使其能夠精確地執(zhí)行復(fù)雜而熟練的活動。與基于模型的傳統(tǒng)控制方法相比,科學(xué)家在這種情況下選擇了強(qiáng)化學(xué)習(xí)(RL)。強(qiáng)化學(xué)習(xí)特別適合復(fù)雜且逼真的機(jī)器人配置,以Faive Hand為例,它需要細(xì)致而精致的動作和屬性。Faive Hand 是在軟機(jī)器人實驗室內(nèi)構(gòu)思的,通過 3D 打印制造并由伺服電機(jī)驅(qū)動。


Faive Hand多功能人形機(jī)器人手的開發(fā)與傳統(tǒng)工業(yè)夾具一樣,經(jīng)濟(jì)高效且易于使用,其技術(shù)特點包括:
  • 16個直流伺服電機(jī)
  • 重量輕(0.8公斤)
  • 高負(fù)載能力(10 公斤)
  • 硅膠墊可實現(xiàn)順應(yīng)抓握
  • 關(guān)節(jié)脫位
  • 所有關(guān)節(jié)的位置傳感
  • 所有指尖均具有觸覺力感應(yīng)
  • 基于手勢的控制
  • 用于安裝在機(jī)器人手臂上的標(biāo)準(zhǔn)法蘭(DIN . ISO 9409-1-A50)


彌合人與機(jī)器之間的差距

在這項裝置創(chuàng)新中,研究人員通過結(jié)合滾動接觸接頭,引入了無固定軸旋轉(zhuǎn)的可能性。然而,這可能會在管理和可操作性方面帶來挑戰(zhàn),這主要是由于其高自由度 (DoF) 設(shè)計的復(fù)雜性。為了解決這個問題,研究人員正在開發(fā)關(guān)節(jié)角度編碼器,以提高轉(zhuǎn)向操作期間的精度和控制。值得注意的是,手的模擬框架及其低級控制器通過強(qiáng)化學(xué)習(xí) (RL) 訓(xùn)練促進(jìn)命令的執(zhí)行,展示了 IsaacGym 模擬器中成功的技能轉(zhuǎn)移和功能。目前,研究人員不斷致力于增強(qiáng)手的功能和性能,從而為人機(jī)交互(MMI)的新前景鋪平道路。


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