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机器人研发的难点与创新

2016-05-30 09:39
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  7.能自行移动的“松树”——TransHumUs移动机器平台

  TransHumUs出现在最近举行的第56届威尼斯双年展上,是游荡在法国馆和绿堡公园的三棵会动的松树,原意是将树木从其固定的根部释放,展现自由生命的力量。

  TransHumUs证明了先进的移动机器人技术还能对当代艺术发展做出贡献。在此次机器人大会上,研究人员从技术角度揭示了如何让松树自由移动。其难点在于设计初始的机器平台,让树木能根据自身的新陈代谢移动。

  8.能还原阴影区隐藏的形状——新型场景工具

  用机器人来进行移动绘图时,要生成交互式静态地图会受到临时出现的物体干扰,如过往车辆、行人、自行车等。对此,研究人员的解决方案是利用一系列激光点云,填充移动物体在现场造成的浓密阴影空缺。对于那种资源受限,只允许单向映射绘图的特殊地方,这种场景工具非常有价值。

  研究人员利用一种复杂的专业TSDF函数在三维像素网格中处理激光扫描,然后用总变量(TV)调整因子结合一种专业术语的数据,插入丢失的表面图形。研究人员称,这项技术能填充约20平方米被移动物体掩盖而丢失的面积,重建后误差范围为5.64到9.24厘米。

  9.指尖上的类传感器——多手指的集成控制机器手臂

  虽然目前这个机器手臂只有3根手指,但每个手指能独立运动,极其灵活。研究人员利用装在指尖的类传感器,设计了一种集成控制的机器手臂,将手指、手和手臂结合成一个控制整体,能用抓取目标给指尖定位,迅速控制整个手臂的位置和姿势。

  当手的位置和姿势出错,无法只通过指尖运动控制时,可以通过手臂来调整错误,变得更平衡后跟随指尖抓取目标。这种设计可防止抓取失败的情况,比如抓物体时却把目标碰到一边,或者把物体碰翻在地。控制手臂和手还能矫正几厘米的位置误差,比如放在工作台上的某个物体,其位置相对于机器手臂是不确定的,可以装上像Kinect那样廉价的光学传感器,只需提供较粗略的图像数据,就能让它抓住目标。

  10.逆向运动学加六自由度新设计——灵活如蛇的手持机器臂

  这种手持机器臂是一种新的6-DoF(六自由度)电缆驱动任务操作杆。利用一对结合的筋腱,让机器臂的运动模式基本实现了最优化,拥有最大的速度和最大的空间配置,同时减小了手臂的总体质量。

  逆向运动学方案是把6-DoF问题分成了2个3-DoF问题,逐级分解再把结果合并,展示的机器臂有一个关节是冗余的,其实是一种5-DoF方案。这种空间挖掘式设计最终使整体结构强度最大,而连接关节质量最小。这种设计还能改善非手持式筋线操作杆,把每个自由度所需的驱动器减少到1个。它可用于环路控制,帮机器人更容易接近目标。

  11.轻质低能耗控制板和弹簧驱动器——最舒适的外骨骼

  在外骨骼设备中,控制板能提高弹簧或驱动器的性能。研究人员设计了一种质量轻、耗电少的控制板,用来控制外骨骼脚踝部位的弹簧。这种控制板是两张薄薄的电极片,涂有一层介质材料,通过静电吸附在一起。每片仅重1.5克,可承受100牛顿的力,能在不到30毫秒内改变状态。

  研究人员把控制板和弹簧串联在一起,每个控制弹簧重26克,再将多个弹簧并联,可以分别调整它们的硬度。通过调整弹簧数量,系统可以产生6个级别的硬度,力度从14到501牛顿。

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