機器人抓手

傳統(tǒng)機器人抓手。

我們?nèi)祟惪梢杂檬謸炱鹨姿榛驖窕�的物體。我們的觸覺使我們感覺到是否牢牢抓住物體或物體是否會滑過手指，因此我們可以相應(yīng)地調(diào)整握力的強度。負(fù)責(zé)抓取易碎、打滑或表面復(fù)雜的物體的機器人抓取臂也需要這種反饋。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的機器人研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種觸覺傳感器，這種觸覺傳感器可以在這種情況下派上用場，并標(biāo)志著他們認(rèn)為這是邁向“機器人皮膚”的重要一步。工程師指出，該傳感器極其簡單的設(shè)計使其生產(chǎn)成本低廉。本質(zhì)上，它由一個帶有彩色塑料微珠的彈性硅膠“皮膚”和一個固定在底部的常規(guī)攝像頭組成。

觸覺傳感器原型。（照片：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）

使用純光學(xué)輸入進(jìn)行測量

該傳感器基于視覺：與物體接觸時，硅膠皮膚上會出現(xiàn)凹痕。這會改變微珠的圖案，該圖案由傳感器下側(cè)的魚眼鏡頭記錄。根據(jù)圖案的這些變化，可以計算傳感器上力的分布。

常規(guī)傳感器僅在單個點記錄施加的力。相比之下，機器人皮膚使我們能夠區(qū)分作用在傳感器表面上的幾種力，并以很高的分辨率和精度進(jìn)行計算。我們甚至可以確定作用力的方向�！� 卡洛·斯費拉扎（Carlo Sferrazza）說。他是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院動態(tài)系統(tǒng)與控制教授拉斐爾·安德里亞（Raffaello D'Andrea）領(lǐng)導(dǎo)的小組的博士生。換句話說，研究人員不僅可以識別在傳感器上施加垂直壓力的力，還可以識別橫向作用的剪切力。

硅膠表層下面有微珠。當(dāng)有力作用在它們上時，攝像機會記錄它們的運動方式。圖片：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

自動測量。圖片：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

數(shù)據(jù)驅(qū)動的開發(fā)

為了計算哪些力將微珠推向哪個方向，工程師使用了一套全面的實驗數(shù)據(jù)：在通過機器控制進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的測試中，他們檢查了與傳感器的各種不同接觸。他們能夠精確地控制并系統(tǒng)地改變接觸的位置，力的分布和接觸物體的大小。在機器學(xué)習(xí)的幫助下，研究人員記錄了數(shù)千個接觸實例，并將它們與塑料珠圖案的變化精確匹配。

圖片：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

迄今為止，研究人員已經(jīng)建立的最薄的傳感器原型厚度為1.7厘米，覆蓋5厘米ⅹ5厘米的表面。但是，研究人員正在使用相同的技術(shù)來實現(xiàn)配備有多個攝像頭的較大傳感器表面，從而也可以識別復(fù)雜形狀的物體。此外，他們的目標(biāo)是使傳感器更薄-他們相信使用現(xiàn)有技術(shù)可以使厚度降到僅為0.5厘米。

機器人、運動與虛擬現(xiàn)實

由于彈性硅膠是防滑的，并且傳感器可以測量剪切力，因此非常適合用于機器人抓手。斯費拉扎解釋說：“當(dāng)物體可能要滑出手臂時，傳感器會識別出來，以便機器人可以調(diào)整其抓握力�！�

研究人員還可以使用這種傳感器來測試材料的硬度或?qū)⒂|摸力數(shù)字化。如果集成到可穿戴設(shè)備中，騎自行車的人可以通過踏板測量他們對自行車施加的力，或者跑步者可以測量鞋中的力。最后，這種傳感器可以提供對于開發(fā)例如虛擬現(xiàn)實游戲的觸覺反饋重要的信息。

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