【導(dǎo)讀】一般來說，機器手有兩種普遍的設(shè)計流派。第一種是以完成某項工作為導(dǎo)向的簡單明了的高效機器手，依靠兩三根「手指」（所形成的鉗子）輕而易舉的完成許多工作。第二種是完全按照人類雙手進行精確模擬——擁有一根拇指的其他四根手指的設(shè)計，基于人類數(shù)百萬年進化而成的雙手去設(shè)計機器手，因為我們身邊所有的物體都是根據(jù)我們的雙手去設(shè)計的，所以如果希望機器人能夠盡可能做到更多事情，最好是擁有一雙像真人一樣的手。
鑒于真實人手內(nèi)在的復(fù)雜性，在設(shè)計擬人仿生手時不可避免的采取了許多折中方案，讓它們正常工作的同時還保持了人手的外形。來自西雅圖華盛頓大學(xué)的ZheXu和EmanuelTodorov開創(chuàng)性的開發(fā)了一款有史以來最精細且運動最準(zhǔn)確的擬人仿生手，它的終極目標(biāo)是完全取代人類雙手。
關(guān)于設(shè)計一種新的機器手對他們的重要性，Xu表示：
「擬人機器手設(shè)計的常規(guī)方法是，用類似鉸鏈、聯(lián)動裝置和平衡環(huán)等零件來實現(xiàn)生物部件的機械化，從而將看似復(fù)雜的人體參照物進行了簡化。這種方法對于理解并模仿人手的運動原理有一定幫助，但不可避免的制造了一些人與機械手之間的不良差異，因為人手上大多數(shù)顯著的生物力學(xué)特征都在機械化的過程中被丟棄了。這些機器手和人手生物力學(xué)在本質(zhì)上的不匹配阻礙了我們使用自然的手部運動來直接控制它們。因此，還沒有任何一只擬人機器人手可以達到人手的靈巧程度?！?/div>
Xu和Todorov決定從零開始他們的機器手項目，以盡可能精確的方式機械的復(fù)制人手。首先，他們通過激光掃描出了人手的骨骼，然后通過3D打印出匹配的人工骨骼，使他們能夠復(fù)制出我們?nèi)耸炙鶕碛械撵`活的連接關(guān)節(jié)。
「例如，我們對生拇指的運動依靠于腕掌關(guān)節(jié)（CMC）中梯形骨的復(fù)雜形狀。由于梯形骨的不規(guī)則形狀，CMC關(guān)節(jié)軸沒有固定的精準(zhǔn)位置。所以說，目前所有的擬人機器手都是采用傳統(tǒng)的機械連接，這種連接方式固定的旋轉(zhuǎn)軸。因此，這些傳統(tǒng)的機器手都無法還原自然的拇指運動。我們通過掃描尸體手骨架，3D打印了人工骨骼，并且該人工手指關(guān)節(jié)的運動范圍、剛度、和動態(tài)行為都非常接近人手。我們的機器手設(shè)計獨一無二的保留了重要的人手生物力學(xué)信息，達到了解剖級別?！?/div>
關(guān)節(jié)韌帶（身體用來固定關(guān)節(jié)且控制它們活動范圍的部分）的材料使用了高強度的Spectra帶，并帶有激光切割的橡膠板來代替增加關(guān)節(jié)依從性的軟組織。伸肌和屈肌的肌腱（用來矯直和彎曲手指的部分）也由Spectra帶構(gòu)成，同時用更多的激光切割橡膠板代替了腱鞘和伸肌腱帽，后者是通過包裹手指來使其應(yīng)對靈活性和扭矩的復(fù)雜的蹼狀多層結(jié)構(gòu)。UW（華盛頓大學(xué)縮寫）手的最后一部分構(gòu)成是肌肉，它是由一排10個Dynamixel伺服系統(tǒng)組成，它們的電纜布線也緊密的模仿了人手的腕隧道。
除去工藝絕倫之外，我們還可以通過waldo遙控器去操縱UW手準(zhǔn)確的模仿人手的各種抓拿動作。研究人員認為，因為他們的機器人動力學(xué)非常接近真實的人手，因此，用戶可以在沒有任何力反饋的情況下用手進行復(fù)雜的操作。用戶也可以在研究人員歸因于與人手運動學(xué)高度匹配的機器手上，在零力回饋的情況下用手進行復(fù)雜的操作。
真正的關(guān)鍵在于：擬人機器手完全按照模擬人手來設(shè)計，這意味著它可以模擬人手的動作，這主要取決于它的構(gòu)造，而非一種電腦編程。在遙控操作方面，它也有很多潛在優(yōu)勢，因為操作者可以更加無縫的利用自己雙手的靈活性。
更有趣的是，研究人員認為他們所研究的機器手可以用來「為肢體再生的研究做3D支架」。Xu解釋說：
「對義肢假手的控制主要依賴于人的大腦。因此，如果義肢的設(shè)計更加接近于生物本體，那同樣的神經(jīng)義肢技術(shù)就會更加有效。生物相容性材料現(xiàn)在已經(jīng)可以被打印成骨架，可生物降解的人造韌帶也可以被用來取代撕裂的前交叉韌帶，人類肌肉已經(jīng)成功地在培養(yǎng)皿內(nèi)被培育出來，而且外周神經(jīng)在合適的條件下也可以再生。所有這些有前途的新技術(shù)都需要適合移植細胞生長的支架。我們將與生物學(xué)和組織工程學(xué)的研究人員合作，進一步探索仿生機器手在神經(jīng)義肢和肢體再生等新興領(lǐng)域作為生物制造設(shè)備/支架的潛力。」
華盛頓大學(xué)的XuZhe和EmanuelTodorov的「高仿生擬人機器手對假肢再生的設(shè)計」將于五月份在斯德哥爾摩五月份的ICRA(IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation)會議上呈現(xiàn)。
XuZhe目前是耶魯大學(xué)GRAB實驗室的博士后。
特別推薦
- 實現(xiàn)物流和零售自動化——第2部分
- 提升高瞬態(tài)汽車應(yīng)用的速度和效率
- 如何優(yōu)化超低噪聲μModule穩(wěn)壓器的二階輸出濾波器
- 使用示波器對三相電機驅(qū)動器進行測量（上）
- 人形機器人、人工智能大模型爆了 來CITE 2025一探究竟
- 2025年及未來半導(dǎo)體行業(yè)的八大趨勢
- 圖像傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)多？成像性能必須排第一
技術(shù)文章更多>>
- 低功耗MCU在智能水表場景中的關(guān)鍵應(yīng)用價值與實戰(zhàn)方案
- 圖像傳感器選型黃金三大標(biāo)準(zhǔn)，工程師必知！
- 圖像傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)多？成像性能必須排第一
- 2025年及未來半導(dǎo)體行業(yè)的八大趨勢
- 人形機器人、人工智能大模型爆了 來CITE 2025一探究竟
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
功率電感
功率電阻
功率放大器
功率管
功率繼電器
功率器件
共模電感
固態(tài)盤
固體繼電器
光傳感器
光電池
光電傳感器
光電二極管
光電開關(guān)
光電模塊
光電耦合器
光電器件
光電顯示
光繼電器
光控可控硅
光敏電阻
光敏器件
光敏三極管
光收發(fā)器
光通訊器件
光纖連接器
軌道交通
國防航空
過流保護器
過熱保護
