全球十大最先进的机器人手臂

自从上次用幻灯片展示机器人手臂之后,我们一直在搜寻更多的机器人手臂,截至目前我们发现了大量各种各样的相关产品应用在医药、空间和服务机器人,以及研发和组装线上。其中的一些机械手系统是在工业设计的基础上针对速度或灵活性进行改造而成,例如瑞士洛桑联邦理工学院的研究机器人手臂拿东西又快又多。很多机器人手臂都设计成更接近于人的动作、大小以及形状,例如德国航空航天中心的高灵敏度手臂系统。 不同应用领域的研究人员在寻找机器人手臂的功能时都开始跨越边界,看看他们其他学科的同事在做什么。例如,空间站的Canadarm机器人手臂也慢慢适用于满足外科手术的需求。用于诊断骨骼肌肉疾病或测量生物力学的肌电图的电极已经被DEKA Integrated Solutions公司应用于生产一款假肢,并获得了美国FDA的批准。STEM education公司也有一个很好的例子,那就是Darth Vader机械手,既有趣外观也很优雅。其中的一些机器人已经在市场上售卖,有些仍然在概念验证开发阶段,还有一些处于研发过程中。 这里有10款世界各地的科学家和工程师开发的机器人手臂。

图片来源: DEKA Integrated Solutions

今年早些时候得到美国FDA批准的DEKA手臂系统可完成多种复杂而有力的动作。DEKA手臂系统可以使患者完成比现有假肢能达到的程度更复杂的动作,并且以更加贴近真实肢体的方式运动。这个以电池供电的系统可以配置在肢体受损的肩关节、中上臂或中下臂,但不能是肘或腕关节。它的动作由肌电图的电极控制。 这种装置中的肌电图电极可以接收患者残肢处肌肉收缩的电活动信号。肌电图会把信号传送到假肢的处理器上,处理器会将它们转化为多达10种动作。在试验中,受试者可借助假肢完成做饭、吃饭、使用拉链、钥匙和锁以及刷牙和梳头发等任务。

图片来源:德国航空航天中心(DLR)

跟那些在安全围栏里面的固定工业机器人不一样,可移动的人型机器人,特别是可移动和与人交互的服务机器人,他们需要不同的构建方法,也需要不同的运动控制和规划策略。凭借其手臂系统,德国航空航天中心(DLR)着手设计一个更像人类肢体的机器人手臂,它更强壮,能够适应日常适应,并能短期储存能量。 这款高度集成的机电一体化系统,可以媲美人类手臂的动感、力量和运动特性,它由112个位置传感器和52个驱动器组成。它在每个关节中使用了可变的无源柔性执行机构,具有跟人类相似的动作幅度,大小和重量也跟人类手臂相似。该系统有26个自由度,其中有19个在手上。单独的电机调整硬度和关节定位。前臂包含44个集成了逆变电源、电源和弹簧挠度传感器的智能电机模块。

图片来源:瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)

这款机器人手臂是由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员开发的,具有具有超快的抓取反应速度。它可以在50ms内可靠地抓住抛在它面前的任何形状的物体,甚至在物体的飞行轨迹很复杂的时候也能完成。该机器人手臂长1.5米,有三个关节,手上有四个手指。 研究人员创建这个系统用于测试机器人捕捉移动的物体。机器人手臂的设计需要为所有任务预先编程,并计算新的轨迹,反应太慢,所以研究人员通过手动展示各种可能的轨迹并不断重复,引导机器人抓住目标。机器人利用周围的摄像头为每个物体的轨迹、速度和旋转等动力学数据创建一个模型,并把模型翻译成方程。在接触物体的最后几毫秒,机器人手臂校正轨迹,由控制器同步手和手指的动作,实现精确捕捉。

图片来源:Flux Integration

Flux Integration的机器人FLX.ARM是针对个人和小企业在办公室、实验室或狭小的生产空间。低成本高精度的机器人手臂是专为轻型铣削、3D打印和电子组装而设计的。发明者通过使用现成的驱动器以降低制造和组装的成本,并使用自动化制造和校准,表现在它的价格不高于2300美元,并已在Kichstarter上成功完成众筹。 首款模型FLX.ARM.S16.ZX8是基于闭环运动控制平台,集成了超高分辨率光学编码器作为反馈,绝对定位重复重复精度达0.001英寸,并具有碰撞检测。其模块化的工具架包括了一个由丝状驱动的集成金属E3D热端,一个拾取-放置工具架,一个轻型铣削工具架和一个探头。 机器人手臂在X-Y轴的动作范围为16英寸,Z轴为8英寸,工作范围非常大。FLEX.IDE手臂设计和制造软件具有一个独立于平台的客户端和高性能服务器处理的客户端-服务器体系结构。

图片来源:Festo

从大象的鼻子移动和捕捉物体的方式得到启发,Festo的仿生搬运助理(Bionic Handling Assistant)有11个自由度,让它动作更自由,并在任何方向上都能精确地捕捉物体。灵活的辅助系统的精确捕捉工具可以自主地抓住物体,而不需要手动操作或编程。它的手有一个球状关节和一个带自适应手指的夹持器模块。夹持器模块的微型摄像头和集成的图像识别自动检测和跟踪目标物体,并启动抓取的命令。语音识别让它接受语音命令去抓取、移动和放置物品。 该系统的弹性结构使它可以在人类的周围安全使用:如果发生碰撞,该系统立即停止动作,直到人走开再继续操作。应用领域包括残疾人的康复和照顾,以及农业。

图片来源:麻省理工学院d'Arbeloff实验室

麻省理工学院d’Arbeloff实验室的研究人员正在开发一种安装在肩部或臀部的额外机器人手臂作为身体的自然和直观的延伸。其目的是让肢体运动更紧密并与人类自己的动作更协调,以至于穿戴者可以忘记它们的存在。 该手臂正在多机器人手臂项目(Supernumerary Robotic Limbs project)下进行研究,可以帮助飞机装配工人完成通常需要两个人配合完成的困难或复杂的任务。两个版本都由包含驱动器和两个手臂和机电一体化结构、贴有软垫肩带和腰带组成。虽然其中的一些基础技术跟用于开发假肢和外骨骼的技术相似,但两个版本都是为需要多一双额外手臂的健全人而开发的。这里展示的是臀部安装版本的概念产品。

图片来源:NASA-JPL

美国宇航局好奇号火星探测器的扩展机器人手臂可以在这张由好奇号导航相机拍摄的全分辨率图片上看到,这张图片是登陆火星后两个星期时拍摄的。好奇号手臂和遥感桅杆携带科学仪器和其他工具。模仿肩、肘和腕的三关节手臂可以伸展至探测器身体的6.9英尺处,拿起661磅重的物体。 手臂的冲击钻和样品处理系统为好奇号本身的两台仪器收集并准备石头样品。此外,手臂的末端有一个彩色摄像头,一个元素识别仪,一个收集土壤样品的勺子和一个清理岩石表面的刷子。探测器共携带了10台仪器,包括一个气象站。

图片来源:NASA/加拿大航天局

加拿大航天局用于研制空间站Canadarm、Canadarm2(如图所示)和Dextre机器人手臂的技术已经适用于外科的诊断和治疗。加拿大外科创新和发明中心已经研发了图像引导自主机器人(IGAR)用于诊断和治疗癌症肿瘤。基于Canadarm精准移动人和物体的能力,IGAR可用于活体检测、结果分析和早期肿瘤的治疗。 第一个版本的产品是设计用于帮助患有高风险乳腺癌的病人。它内嵌在一个磁共振成像(MRI)扫描机里,它现实的肿瘤大小和位置比乳房X光检查或超声机更精确。正在临床试验中的机器人也将适用于检测和治疗其他肿瘤,例如肺、肾、肝和前列腺肿瘤,并且也可用于脊柱外科手术。

图片来源:空中机器人协作装配系统(ARCAS)

不仅人类、火星探测器、外科医生、服务机器人和组装设备需要智能的机器人手臂,那些设计用于灾难后进入危险区域或边远地区建筑的飞行机器人也需要。欧盟的空中机器人协作装配系统项目已经设计了几款自主飞行机器人,它们有多关节机械手臂,可以合作捕捉对象,将他们带往目的地,并在组装过程中操纵它们,如果有需要的话。多关节也有利于机器人在空中稳定自己。 西班牙塞维利亚先进航天科技中心(CATEC)和塞维利亚大学的研究人员建立并展示了10款多旋翼机器人,每个手臂每组最多配置7个关节,多种传感器,并用3D地图和主要信息编程。这里展示的三连杆臂安装在一个四旋翼飞行器上,包括控制电子装置和两个伺服驱动器,它们驱动前两个关节以尽量减少机器人中心位置的质量。驱动末端执行器的伺服位于第二个连接的末端。前两个连接时点阵结构,可以减轻重量。

图片来源:Uncle Milton Industries

我们不能再机器人手臂的展示中忽略了Darth Vader arm。它可能是一个玩具,但它是STEM的玩具,因为它可以教孩子们组建机器人。该套件包括45个部件,它们相互啮合在一起组成一个长约16英寸手臂。基座上的控制让你可以通过杠杆旋转、伸展或收缩手臂,并使手指聚合以抓住物体。 装配说明书明确指出,大量的部件让手臂更灵活:例如,手指肌腱、拇指肌腱和手掌部分都是各自独立的。手臂完全是机械的,包含活塞与连杆轴芯,并且不需要电池。此外,即使你不是星球大战或Darth Vader的粉丝,这也是一个优雅的设计。

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2016-03-28

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