Всего два пневматических входа и гибкую пружинную структуру для прецизионных манипуляций гуманоидов получил робот BioflexBot

Источник: The Robot Report

Принципиально новый подход к проектированию захватных механизмов для гуманоидных роботов и промышленных манипуляторов, основанный на использовании физического и структурного интеллекта вместо прямого копирования анатомического строения кисти человека, разработала группа исследователей Китайского университета Гонконга в Шэньчжэне под руководством доктора Интиана Ли. Описание инновационной роботизированной системы BioflexBot было официально опубликовано международным научным издательством Wiley в авторитетном журнале Advanced Science и детально представлено отраслевым изданием The Robot Report.

В современной робототехнике проектирование антропоморфных кистей традиционно опирается на сложнейшие многозвенные конструкции с десятками микроэлектродвигателей, металлических тросиков и датчиков натяжения. Подобные узлы чрезвычайно хрупки, дороги в производстве, уязвимы к ударным нагрузкам и требуют колоссальных вычислительных мощностей бортовых контроллеров для непрерывной координации каждого сустава пальца. Создатели BioflexBot пошли от обратного: вместо механического воспроизведения скелетной анатомии они выделили фундаментальные двигательные паттерны руки (щипок, вращение, зацеп и обхват) и реализовали их с помощью спиральной пружины, гибкой направляющей оболочки и всего двух независимых пневматических каналов подачи сжатого воздуха.

Механическая основа BioflexBot эффективно использует физический интеллект современных материалов — податливую упругую деформацию спиральной пружины переменной жесткости, заключенной в сегментированный полимерный кожух. Подавая воздух под переменным давлением через два управляющих входа, устройство способно плавно изменять пространственную кривизну изгиба, вытягиваться вперед, скручиваться и плотно облегать предметы произвольной геометрической формы без применения тяжелых сервомоторов и зубчатых передач. Интегрированные оптоволоконные датчики деформации обеспечивают непрерывную обратную связь по реальному усилию сжатия, полностью исключая риск случайного повреждения хрупких предметов или соскальзывания гладких деталей при динамических перемещениях манипулятора.

Экспериментальные тесты подтвердили уникальную гибкость и универсальность архитектуры. Отношение длины манипулятора в максимально вытянутом состоянии к исходному сжатому положению достигает показателя семь к одному, что позволяет системе удлиняться в три с половиной раза сильнее естественной человеческой руки. В ходе лабораторных испытаний BioflexBot продемонстрировал непревзойденный диапазон масштабирования: робот успешно выполнил прецизионный захват микроскопической акупунктурной иглы и аккуратное дозирование жидких реактивов стандартной лабораторной пипеткой, а затем быстро переключился на силовые манипуляции с крупными объектами, надежно удерживая тяжелые инструментальные боксы и защитные очки в 12,9 раза массивнее по сравнению с традиционными мягкими захватами. Кроме того, амплитуда вращения винтовых крышек емкостей превысила физические возможности человеческого запястья почти в четыре раза.

Исследователи продемонстрировали три ключевых прикладных сценария: неразрушающую дефектоскопию лопаток авиационных турбин за счет проникновения в узкие изогнутые каналы двигателя без демонтажа внешнего кожуха, выполнение широкого спектра бытовых задач при монтаже на мобильного гуманоидного робота и проведение химических анализов в агрессивных средах с опасными реагентами.

Команда разработчиков планирует преобразовать лабораторный прототип в полностью стандартизированную модульную платформу для коммерческих андроидов и сервисных мобильных манипуляторов. Низкая себестоимость полимерных материалов, полное отсутствие подверженных механическому износу подшипников и редукторов, а также минимальное число активных пневмолиний создают условия для массового оснащения сервисных и промышленных роботов надежными податливыми захватами, способными безопасно контактировать с людьми и хрупкими предметами в динамических производственных средах без риска поломки исполнительных механизмов при случайных внешних соударениях о жесткие технологические конструкции.