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能打羽毛球又能击穿墙壁,戴上这款机械臂秒变“章鱼博士”
时间:2020-06-20 16:35:23   来源:网络    编辑:匿名 阅读:69次

原标题:能打羽毛球又能击穿墙壁,戴上这款机械臂秒变“章鱼博士”

贾浩楠 发自 凹非寺

量子位 报道 | 公众号 QbitAI

穿戴式机械臂,除了帮助残障人士,还能做什么?

「轻」能打羽毛球,「重」能破墙拆房,从室内生活到高强度劳动,各种任务场景轻松拿下。

这个最新的穿戴式机械臂来自加拿大舍布鲁克大学,团队刚刚在机器人顶会ICRA 2020上公布了这项成果。

运动休闲、施工装修,无所不能「第三只手」

机械臂全名叫「基于磁流变离合器和静液压传输线的机械附肢」,使用时,需要第二个人在后方操作机械臂。

它可以辅助人们完成各种各样的动作,比如采摘水果:

类似这种轻拿轻放的任务,传统机械手也能完成,而这款机械臂的优势在于「可穿戴」,大大扩展了使用场景范围,与原先在固定台上的机械臂相比,真正具有了实用性。

此外,背在腰部的机械臂可以在较为危险的场景下,代替人手进行施工作业,提高安全系数。比如,在粉刷高处墙壁的场景中,可以直接把工具交给机械臂,人的双手牢牢扶住梯子:

对于较重的物品,比如装修用的角磨机、电钻等2-4kg物品,机械臂也能轻松取放:

2-4kg根本没发挥出机械臂的真正实力,把机械臂的手掌换成一个铁球,整个装置就成了破拆机,普通的木板、胶合板、玻璃都能击穿。

△完成任务还会默契地「击掌」

除了用在室内装修,它的最大价值就是紧急情况下的脱困逃生了。

机械臂还有一项绝活,「打羽毛球」:

可轻可重,「软硬兼施」,这款机械臂全面胜任生活助手和强劳动力的双重角色。

「第三只手」怎么造的?

机械臂全套系统由3部分组成:机械臂本体、电源集成、操纵杆。

首先是机械臂的基本数据

参数

机械臂重量(不含线束)

4.2kg

线束重量

2.5kg

电源集成质量

18kg

接合处1

接合处2

接合处3

接合处最大功率

1.5kW

1.5kW

1.5kW

接合处最大扭矩

35Nm

35Nm

35Nm

机械臂自重4.2千克,骨架由碳纤维和铝合金制成,接近一个成年男子单条手臂重量;由静态液压传输装置来驱动关节转动。这三个关节分别实现机械臂的全方位自由摆动。

电源集成由一台磁流变离合器和电脑组成,用来驱动液压装置给机械臂提供可调的动力。

参数如下:

参数

磁流变离合器最大扭矩

2Nm

液压传输线最大压强

2785(关节1、2)-2341(关节3)kPa

每个机器人关节由一个由电动机(KDE600XF-1100-G3,KDE Direct)组成的动力单元驱动(5.5kW) ,其中还包括两个定制磁流变离合器 , 两个滚珠螺钉和两个主气瓶。

在每个电源单元中,电机用正时皮带(4.86:1)驱动两个离合器输入级。由线圈中的电流产生的磁场,按比例改变位于离合器的输入和输出阶段之间的磁流体的粘度,由此控制输入和输出级之间的扭矩,与输入电流形成线性关系。

离合器输入总是保持在滑动模式,有效地将电机的惯性与系统输出解耦,从而最大限度地提高动态性能。滚珠丝杠机构将输出扭矩转化为推动主缸活塞的线性动力,以调节静压线中的压力。

「手掌」,即夹持器,由三个相同的手指组成,长16厘米,直径0.9厘 米。每个手指由一个硅橡胶管织物的包裹层,和一个3D打印外骨骼构成。

这种织物呈径向刚性,轴向延伸。这种特性限制了管子在压力下的过度形变。外骨骼中的三个枢轴点将表面受压延伸转变为弯曲。

一个磁流体静态液压单元给「手指」供电,每个手指对单轴负载最大为30N(690kPa压力下测量)。

团队为机械臂严格设置了活动范围,避免它与使用者身体发生碰撞,保证安全。

这套机械臂不知有没有让你想起蜘蛛侠2中的经典反派「章鱼博士」?

他最炫酷的装备就是身后的机械臂了,既能痛扁蜘蛛侠,又能点烟倒茶。

如今加拿大这个团队把科幻电影的一幕搬到了现实中。

而这项研究最有价值的地方,在于将机械臂从特定的工业场景和医疗用途,扩展到了普通人的生活。

团队今后计划开发使用AI算法的控制系统,使机械臂更好的拟合人类的动作习惯。

「蜘蛛侠2」2004年上映,16年后,电影里的科幻场景已经成真。

艺术家的想象力,和科学家的知识技术,在共同推动人类的进步。

谁又能想到,下一个16年,会有多少科幻场景变成现实呢?

参考链接

https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/robotic-third-arm-can-smash-through-walls

论文原址:

https://ieeexplore.ieee.org/document/8962256/metrics#metrics

作者系网易新闻·网易号“各有态度”签约作者


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