移动机器人系统遇见仿生软手BionicSoftHand 2.0

Festo 中字

工业日新月异,要求人、机器和数据之间建立一种新的交互方式。未来,操作员和机器人可更紧密地进行合作。所以,Festo一直在大力研发可以将人们从单调或危险工作中解放出来同时又不会造成任何危害的系统。这里,人工智能发挥了核心作用。仿生移动机器人BionicMobileAssistant 是一种机器人系统的原型机,可在三维空间内独立移动,识别物体、自适应抓取,并与人类进行合作。

整套系统是与苏黎世联邦理工学院共同开发的,其采用了模块化的设计,包括了三个子系统:一个移动机器人、一个电动机械臂和BionicSoftHand 2.0。Festo首次在2019年展示了气动抓手,其基于人类的手掌。

BionicSoftHand 2.0: 基于人类手掌

人类的手掌具有独特的力、灵敏度和精细机动技巧,是自然界的真实的奇迹。为了能让BionicSoftHand 2.0 真实复现人类手掌的精巧运动,在最为紧凑的空间内集成了微型阀技术、传感器、电子元件和机械元件。手指和对立的大拇指由弹性波纹管结构组成,其中含有气腔,表面附有一层结实且可屈服的织物。这让气动抓手实现了轻量化、自适应、敏感性,同时又能强有力。气动手指用直接安装在手掌上的压电阀阀岛来驱动。

球轮平衡机器人(照片来源: Festo SE & Co. KG)

优化行动半径,进一步开发BionicSoftHand

为将第一版BionicSoftHand拇指和食指灵巧动作大大扩展,开发人员大大增加了两个手指的摆动范围。最终,这两个手指现在能很好地一起工作,用高精度来抓取。得益于3D打印的两个自由度的手腕,这个手掌可来回移动,也可左右移动。这意味着就可用小半径来抓取。

信息由事先用数据增强技术训练过的神经网络处理(照片来源: Festo SE & Co. KG)

带敏感手指的抓手

为提高手指的稳定性,气腔中现在加入了两个结构件,作用类似于骨骼。对于每个手指,两段式可弯曲传感器确定指尖的位置。该手掌所带的手套,在指尖、掌内及外层带有触觉力传感器。这让它能感测待抓取物体的本质,根据特定物体来调整抓取力– 与人类手掌无异。

SoftHand 2.0能感测待抓取物体的本质(照片来源: Festo SE & Co. KG)

用神经网络检测物体

除了触觉传感器外,该手掌在手腕内部还有一个深度相机,可视觉检测物体。用这个相机,机器人手掌可检测和抓取多种物体,即使这些物体有部分被覆盖。一旦手掌被正确训练后,就可用采集的数据来评估物体,例如区分物体的好坏。信息由事先用数据增强技术训练过的神经网络处理。

SoftHand 2.0能感测待抓取物体的本质(照片来源: Festo SE & Co. KG)

移动机器人应用,带电动机器人手臂

BionicSoftHand 2.0 与一个球轮平衡机器人和以一个轻量化的电动机器人手臂(DynaArm)组合在一起。DynaArm 采用轻量化的结构,集成的驱动模块只有一公斤,能执行快速动态的动作。

手腕内部有一个深度相机,可视觉检测物体(照片来源: Festo SE & Co. KG)

移动使用和独立的能源

对于球轮平衡机器人,开发人员选择了成熟的驱动技术:在球轮上保持平衡的机器人。这意味着,BionicMobileAssistant 可在各方向上自由移动。所有系统的能源已板载:主体内安装了用于手臂和机器人的电池;气动抓手的压缩空气储存筒位于上臂。该机器人不仅可移动,而且自主工作。存储在主机上的算法控制系统的自主运动。机器人用两台相机可独立实现在三维空间内方向定位。

多种应用选项

该系统可完美用作人们的直接助手,如作为服务机器人、作为装配工作中的助手或辅助工人完成繁重或单调的工作。

也可用在由于危险或进出不变而人类不能工作的环境中。这可能会包括维护或维修工作、数据测量或视觉检测。也可以想象,在传染风险很高的区域或者因传染风险而人类不能进入的区域,该机器人也能用于执行最简单的工作。例如,未来可能的应用场景是,餐馆里机器人将饮料和食物送到顾客的桌上或给医院病人或养老院中需要护理的老年人送药。

与人类携手合作

得益于模块化的设计,BionicSoftHand 2.0 还可被快速安装在其它机器人手臂上,易于调试。结合BionicCobot 或 BionicSoftArm(同样来自Festo的仿生项目),可组成一个完整的气动机器人系统,其固有的灵活性和遵循性,可很好地与人类进行合作。

关于费斯托

费斯托成立于1925年,是自动化技术和技术培训领域的世界领先供应商。公司总部位于德国埃斯林根,是一家独立的家族企业。费斯托集团业务遍及全球200个行业,为超过30万的客户提供领先的气动和电驱动技术及全面解决方案。同时,Festo Didactic为全球超过4万名客户提供先进的工程培训设备及课程。Festo 集团在2018财年的销售额达到32亿欧元,在全球250个地区设立分支机构,员工总数达21,200 人。 8%的年销售额用于研发领域的投资。

Festo在中国的业务始于1985年。目前在大中华区设有超过200个销售办公室和授权经销商网点。位于上海的亚太技术中心和大中华区解决方案中心为区域内客户提供定制产品和方案,在济南的全球生产中心和中国物流中心、位于上海的华东配送中心、以及位于广州的华南配送中心为提升中国市场供应和服务提供保障。费斯托为中国市场提供工厂自动化和过程自动化的气动和电动技术及全面解决方案,主要服务于汽车、橡塑、电子和轻型装配行业,食品饮料包装、水/污水处理以及生物技术/制药等行业。费斯托体验中心,激发创新的运动控制实验室,费斯托在这里携手客户共同开发最具价值的工业自动化前沿解决方案。同时,Festo Didactic(教育培训部门)为大中华地区1000多家企事业单位、高校、职业院校与实训基地提供工业培训的整体解决方案——从实验室建设到课程体系建设,并能够向我们的学员提供资格认证和就业指导。目前公司在中国有约2,100名员工。

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