機(jī)器人抓手

傳統(tǒng)機(jī)器人抓手。

我們?nèi)祟惪梢杂檬謸炱鹨姿榛驖窕�的物體。我們的觸覺(jué)使我們感覺(jué)到是否牢牢抓住物體或物體是否會(huì)滑過(guò)手指，因此我們可以相應(yīng)地調(diào)整握力的強(qiáng)度。負(fù)責(zé)抓取易碎、打滑或表面復(fù)雜的物體的機(jī)器人抓取臂也需要這種反饋。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的機(jī)器人研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種觸覺(jué)傳感器，這種觸覺(jué)傳感器可以在這種情況下派上用場(chǎng)，并標(biāo)志著他們認(rèn)為這是邁向“機(jī)器人皮膚”的重要一步。工程師指出，該傳感器極其簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)使其生產(chǎn)成本低廉。本質(zhì)上，它由一個(gè)帶有彩色塑料微珠的彈性硅膠“皮膚”和一個(gè)固定在底部的常規(guī)攝像頭組成。

觸覺(jué)傳感器原型。（照片：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）

使用純光學(xué)輸入進(jìn)行測(cè)量

該傳感器基于視覺(jué)：與物體接觸時(shí)，硅膠皮膚上會(huì)出現(xiàn)凹痕。這會(huì)改變微珠的圖案，該圖案由傳感器下側(cè)的魚眼鏡頭記錄。根據(jù)圖案的這些變化，可以計(jì)算傳感器上力的分布。

常規(guī)傳感器僅在單個(gè)點(diǎn)記錄施加的力。相比之下，機(jī)器人皮膚使我們能夠區(qū)分作用在傳感器表面上的幾種力，并以很高的分辨率和精度進(jìn)行計(jì)算。我們甚至可以確定作用力的方向�！� 卡洛·斯費(fèi)拉扎（Carlo Sferrazza）說(shuō)。他是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與控制教授拉斐爾·安德里亞（Raffaello D'Andrea）領(lǐng)導(dǎo)的小組的博士生。換句話說(shuō)，研究人員不僅可以識(shí)別在傳感器上施加垂直壓力的力，還可以識(shí)別橫向作用的剪切力。

硅膠表層下面有微珠。當(dāng)有力作用在它們上時(shí)，攝像機(jī)會(huì)記錄它們的運(yùn)動(dòng)方式。圖片：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

自動(dòng)測(cè)量。圖片：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的開發(fā)

為了計(jì)算哪些力將微珠推向哪個(gè)方向，工程師使用了一套全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：在通過(guò)機(jī)器控制進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試中，他們檢查了與傳感器的各種不同接觸。他們能夠精確地控制并系統(tǒng)地改變接觸的位置，力的分布和接觸物體的大小。在機(jī)器學(xué)習(xí)的幫助下，研究人員記錄了數(shù)千個(gè)接觸實(shí)例，并將它們與塑料珠圖案的變化精確匹配。

圖片：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

迄今為止，研究人員已經(jīng)建立的最薄的傳感器原型厚度為1.7厘米，覆蓋5厘米ⅹ5厘米的表面。但是，研究人員正在使用相同的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)配備有多個(gè)攝像頭的較大傳感器表面，從而也可以識(shí)別復(fù)雜形狀的物體。此外，他們的目標(biāo)是使傳感器更薄-他們相信使用現(xiàn)有技術(shù)可以使厚度降到僅為0.5厘米。

機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)與虛擬現(xiàn)實(shí)

由于彈性硅膠是防滑的，并且傳感器可以測(cè)量剪切力，因此非常適合用于機(jī)器人抓手。斯費(fèi)拉扎解釋說(shuō)：“當(dāng)物體可能要滑出手臂時(shí)，傳感器會(huì)識(shí)別出來(lái)，以便機(jī)器人可以調(diào)整其抓握力。”

研究人員還可以使用這種傳感器來(lái)測(cè)試材料的硬度或?qū)⒂|摸力數(shù)字化。如果集成到可穿戴設(shè)備中，騎自行車的人可以通過(guò)踏板測(cè)量他們對(duì)自行車施加的力，或者跑步者可以測(cè)量鞋中的力。最后，這種傳感器可以提供對(duì)于開發(fā)例如虛擬現(xiàn)實(shí)游戲的觸覺(jué)反饋重要的信息。

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