Nieuw hybride systeem geeft robotarmen mensachtige gratie en precisie

Anonim

Nieuw hybride systeem geeft robotarmen mensachtige gratie en precisie

Robotics

David Szondy

14 mei 2016

5 afbeeldingen

De hybride robot die patty cake speelt (Credit: Disney Research)

Disney Research heeft een glockenspiel-spelende robot bedacht die zich kan overgeven aan het gooien van een ballon ... als het niet veilig verse eieren oppikt. De telepresence-robot maakt gebruik van een nieuw type hydrostatische transmissie die hydraulische en luchtleidingen combineert voor meer vrijheidsgraden en een grotere precisie en fijngevoeligheid in een lichter, eenvoudiger ontwerp.

Sinds de vroegste manipulators van Waldo hebben telepresence-systemen de voorkeur gegeven aan mechanische ontwerpen met behulp van tandwielen, kabels en koppelingen; hydraulica; of pneumatiek. Elk van deze heeft zijn sterke punten en elk heeft zijn zwakke punten. Kabels die langs katrollen en bedieningskoppelingen lopen, worden bijvoorbeeld al sinds 1945 gebruikt in teleoperators. Deze zijn erg eenvoudig en de eenvoudigere versies hebben zelfs geen externe stroombron nodig. Deze hebben echter alle strikte ontwerplimieten om de kabelruns en motoren op te vangen, en ze bieden slechte feedback en controle.

Hydraulica daarentegen, kan voldoende kracht leveren om elke mens in een Hercules te veranderen, naast goede feedback voor nauwkeurige controle. Helaas zijn ze ook omvangrijk, zijn de dikke hydraulische leidingen moeilijk te monteren en kan de manipulator op zijn plaats bevriezen wanneer de stroom uitvalt.

Op zichzelf zijn pneumatiek geen vervanging voor hydraulica vanwege hun slechte lading en onnauwkeurigheid, maar een Disney Research-team onder leiding van John P. Whitney van Northeastern University heeft een hybride hydraulisch / pneumatisch systeem bedacht om een ​​verrassend levensechte constructie te creëren telepresence robot.

In plaats van dat verbindingen worden geopend en gesloten door middel van een paar hydraulische leidingen, gebruikt het hydraulische / pneumatische hybride systeem een ​​hydraulische lijn om een ​​scharnier in de primaire richting te bewegen, terwijl een luchtleiding deze terugbrengt. Volgens het team is dit niet alleen een eenvoudiger systeem, maar de lucht werkt ook als een luchtveer met constante kracht om de bewegingen van het mechanisme te matigen bij het opnieuw instellen van het gewricht.

In de hybride is slechts één enkele motor nodig, die overal geplaatst kan worden. De hydraulische / pneumatische gepaarde slangen zijn flexibeler qua ontwerp, omdat slechts de helft van de lijnen volumineus hydraulisch is. Het resultaat is een systeem dat door het team wordt beschreven als licht, snel en handig, met lage wrijving en een gebrek aan spel dat de contactkrachten op getrouwe manier aan de operator doorgeeft terwijl een high-fidel remote gevoel van aanraking wordt gegenereerd met behulp van haptische feedback.

Daarnaast is er een veiligheidsfactor in de hybride. In tegenstelling tot hydraulica, die vast kan klemmen wanneer ze zijn uitgeschakeld, kunnen de luchtleidingen snel worden ontlucht en zelfs worden ontlucht wanneer de stroom onverwachts uitvalt. Dus, bijvoorbeeld, robotachtige manipulators openen zich automatisch in plaats van klemmend en robotchirurgen kunnen zo worden ontworpen dat ze zich van de patiënt verwijderen.

In de nieuwste versie van het hybride systeem heeft Disney Research een mens-veilige, humanoïde robot gebouwd bestaande uit een bovenlichaam met twee armen met clubhanden en vier vrijheidsgraden en een hoofd met stereocamera's.

De robot gebruikt roterende hydraulische actuators met rolmembraancilinders om de verbindingen te bedienen. Deze worden ingesteld in een master / slave-opstelling met een controllerrobot achter een muur. De operator manipuleert de armen van de controller en de robot volgt de bewegingen precies in realtime, en is voorzichtig genoeg om een ​​onbewerkt ei veilig en behendig genoeg op te pakken om de ballon te gooien.

De operator draagt ​​een VR-headset waarmee deze door de ogen van de robot kan kijken en de vrijheidskop met twee graden volgt de bewegingen van het hoofd van de operator via nekservo's. Ondertussen levert de hydrostatische transmissie met lage impedantie haptische feedback voor precies genoeg controle voor delicate taken, zoals het inrijgen van een naald.

Het team zegt dat de nieuwe robot kan worden gebruikt om mens-robot interacties te bestuderen en als een hulpmiddel om robotbewegingen te simuleren.

"De transmissie biedt onze robot ongelooflijk soepele en snelle bewegingen, terwijl hij ook een levensechte interactie mogelijk maakt met mensen en de behandeling van delicate objecten, " zegt Jessica Hodgins, vice-president van Disney Research en professor in de robotica aan Carnegie Mellon. "Voorlopig wordt de robot op afstand bestuurd door een menselijke operator, maar we verwachten hetzelfde niveau van mechanische prestaties als de bewegingen eenmaal zijn geautomatiseerd. "

De resultaten van het team worden deze maand gepresenteerd tijdens de IEEE-conferentie over robotica en automatisering (ICRA) 2016 in Stockholm.

De onderstaande video laat zien hoe de hybride robot zijn gangetje gaat.

Bron: Disney Research

De hybride robot is een humanoïde torso (Credit: Disney Research)

De robot wordt op afstand gemanipuleerd door een controller (Credit: Disney Research)

De hybride robot die patty cake speelt (Credit: Disney Research)

De hybride robot maakt gebruik van een systeem van hydraulische en pnuematic lijnen (Credit: Disney Research)

De hybride robot raapt een rauw ei op (Credit: Disney Research)