Одноактуаторный манипулятор использовал самого себя в качестве рельса
Инженеры разработали относительно простую модульную конструкцию для роботизированных манипуляторов, которая обеспечивает большое количество степеней свободы, но при этом не требует применения большого количества моторов для поворота секций. Фактически, часть конструкции манипулятора является рельсом для актуатора, который перемещается в нужное место. Такие роботы могут применяться для задач, в которых некритично время выполнения, сообщается в работе, опубликованной в журнале Robotica.
Большинство разработчиков роботов при их создании фокусируются на основных характеристиках. Но часто роботы с новыми эффективными конструкциями получаются слишком сложными и дорогими, из-за чего многие прототипы не доходят до реального применения. В том числе это касается роботов, имеющих манипуляторы с большим количеством степеней свободы, которые приводятся в движение множеством приводов.
Инженеры под руководством Давида Заррука (David Zarrouk) из Университета имени Бен-Гуриона разработали простую конструкцию, которая позволяет достичь большого количества степеней свободы с минимальным количеством моторов. Новшество конструкции заключается в том, что инженеры предлагают сделать сами секции манипулятора пассивными и приводить их в движение не индивидуальным мотором, а платформой-актуатором. Платформа перемещается к нужной секции и двигает ее, при этом основное «тело» манипулятора используется в качестве рельса.
Манипулятор состоит из одинаковых секций, количество которых можно легко менять в зависимости от задач. Каждая секция имеет ось со спиралью по центру и шестеренками по бокам. Если манипулятор нужно повернуть, платформа-актуатор подъезжает к нужной секции и вращает ее шестерни. Поскольку спираль оси каждой секции соприкасается с зубчатой поверхностью предыдущей секции, это вращение поворачивает две секции относительно друг друга. Меняя направление и длительность вращения секцию можно повернуть на любой угол (до некоторого предела). Разработчики продемонстрировали несколько возможных применений и испытания прототипа манипулятора:
Несмотря на то, что конструкция устроена относительно просто и позволяет использовать минимальное количество моторов, у нее есть и очевидные ограничения. Во-первых, такой манипулятор не сможет менять свою форму быстро и подходит для задач, в которых скорость манипуляции не очень важна. Во-вторых, он пока что может изгибаться только в плоскости, а не во все стороны, но это ограничение в будущем можно будет устранить разработкой «трехмерных» модулей.
Недавно американские инженеры разработали робочервя с необычной и недорогой конструкцией. Для того, чтобы робот мог сокращаться и расширяться они использовали бумажные винты, сложенные таким образом, что они могут превращать вращательное движение в поступательное.
Григорий Копиев
Он надежно обхватывает хрупкие предметы, не повреждая их
Инженеры из Японии и Вьетнама разработали мягкий манипулятор ROSE, способный бережно захватывать хрупкие предметы, не повреждая их. Он состоит из мягкой воронкообразной оболочки, напоминающей цветок розы, которая способна скручиваться, равномерно обхватывая предмет, оказавшийся внутри. Благодаря своей универсальности и прочности манипулятор может пригодиться в сельском хозяйстве для сбора урожая. Доклад с описанием конструкции был представлен на конференции Robotics: Science and Systems, 2023. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Чтобы робот мог безопасно взаимодействовать с хрупкими объектами, его обычно оснащают манипуляторами, в конструкции которых присутствуют мягкие материалы. Нередко их устройство в той или иной степени имитирует анатомию человеческой руки. Например, пальцы трехпалого захвата EndoFlex с внутренней стороны покрыты мягким силиконом. Однако для управления манипуляторами такого типа обычно требуются несколько актуаторов и сложные алгоритмы позиционирования, которые позволяют подстраивать пространственное положение пальцев и руки в соответствии формой и положением захватываемого предмета. Кроме это, сила прикладывается к объекту неравномерно и только в точках соприкосновения с пальцами, поэтому ее может оказаться недостаточно для удержания. Манипулятор, разработанный инженерами под руководством Ван Ан Хо (Van Anh Ho) из Японского национального института передовых промышленных наук и технологи, имеет более простую конструкцию и для полноценной работы достаточно только одного актуатора. Принцип его работы напоминает раскрытие цветка розы, поэтому разработчики дали ему название ROSE. Рабочая часть манипулятора представляет собой прочную оболочку из силиконовой резины (первые повреждения на изогнутом краю появились только после 400 тысяч циклов срабатывания), которая образует двустенный стакан. Внешняя часть оболочки прикреплена нижней частью к круглому пластиковому основанию с отверстием в центре, а внутренняя воронкообразная поверхность к вращающемуся цилиндру, вставленному в центральное отверстие основания. При вращении внутренней оболочки относительно внешней происходит сжатие манипулятора. Если при этом во внутренней полости оказывается предмет, то он равномерно обхватывается с боков. Усилие и площадь обхвата можно регулировать с помощью угла закручивания оболочек относительно друг друга, а также нагнетанием давления воздуха в пространство между стенками стакана. Для изучения характеристик манипулятора его присоединили к роборуке UR5. Испытания показали, что захват может выдержать максимальную нагрузку около 328 Ньютон при собственной массе захвата 49 грамм, что дает значение соотношения грузоподъемности к весу примерно 6800 процентов от массы захвата вместе с ротором. Манипулятор может бережно и безопасно обхватывать хрупкие предметы различной формы и размеров не нанося им повреждений. В экспериментах использовались стальные шары, фрукты, клейкая лента, банка с кофе и куриное яйцо, которое захват легко вытащил из миски с оливковым маслом, что довольно трудно осуществить, так как из-за масла яйцо становится скользким. Кроме этого, ROSE может захватывать и сыпучие материалы, например, гравий и гальку. https://www.youtube.com/watch?v=E1wAI09LaoY Инженеры придумали способ, с помощью которого манипулятору можно добавить способность «чувствовать» захватываемый предмет. Для этого они разместили множество небольших меток с внутренней стороны оболочки. Их положение контролируется с помощью компьютерного зрения через три небольшие камеры, закрепленные на пластиковом основании манипулятора. По мнению разработчиков, ROSE мог бы пригодиться в сельском хозяйстве для сбора урожая и не только. В будущем они планируют продолжить работу над математической моделью деформации оболочки при скручивании. Иной тип мягкого манипулятора продемонстрировали инженеры из Австралии. Он способен ухватывать предметы, обвиваясь вокруг них как щупальце осьминога.