Похожий на цветок розы мягкий манипулятор поможет собрать урожай

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.

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.

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.