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北航造了根「有触觉」的机器手指,纹理识别准确率100%,极具应用潜力

发表时间:2021-08-25 14:21:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【



近年来,全球众多机器人专家都在尝试开发出一种可以复制人类触觉的机器人系统,同时也在尝试使用柔软材料替代刚性结构,创造出更加逼真、更加先进的仿生肢体和类人机器人。


柔软材料在采集触觉信息方面具有纹理采集上的优势,但是由柔软材料制成的机械手臂通常无法收集更广泛的感官信息。迄今为止,复制人类收集物体触觉信息的生物机制仍是极具挑战性的一件事。



过去的研究中往往使用刚性手指测量接触刚度(contact stiffness),这些方法根据手指的运动学模型估计手指和物体间的接触力和手指的位移,来对接触刚度进行计算。然而这一方法很难被用到软体机器人手指上,因为软体机械手过于柔软,运动学建模很困难,且结果通常不太准确。


北京航空航天大学的一个研究团队最近开发了一种新的触觉传感技术,能够让机器人拥有像人一样的触觉,感受到物体表面的纹理是什么样的,还能感受到物体有多硬。


这项技术可以应用于由柔软材料制成的机器人上,为仿生假肢和类人机器人的制造提供帮助。研究者称该研究的灵感来自于人类及哺乳动物的本体感觉机制,这是一种让人类及哺乳动物能够感知或意识到自身位置和运动的生物机制。


研究团队对他们创建的原型系统进行了一系列测试评估其触觉传感技术,发现该系统在物体纹理和刚度识别方面分别达到了100%和99.7%的准确率!


该研究已在论文预印本发布平台arXiv上预发表,论文题目为《用肌腱驱动的软机器人手指进行触觉感知(Tactile Sensing with a Tendon-Driven Soft Robotic Finger)》


论文链接:https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2107/2107.02546.pdf


在过去,机器人研究者通常不会将本体感觉与触觉相关联,因为人类的本体感觉机制并不会有特别精确的反馈。然而工业传感器比人类本体感受器官灵敏的多,将它们用于机器人手指可以帮助研究者收集更精确的触觉反馈。


▲进行纹理和刚度感应测试的试验过程


北京航空航天大学研发的这款机器手原型系统由线性执行器、肌腱/电缆、应变传感器和一个软体机器人手指组成,还有一个用来模仿人的指尖的聚氨酯制成的套子。


▲机器手原型系统


“现有的关于神经支配仿生手指的研究大多都在之间表面安装传感器,虽然这些研究取得了不错的结果,但它们需要指尖传感器和物体进行精确的接触,这在实践中往往无法获得保证。”Chang Cheng说,“而我们的研究的关键又是在于传感单元位于肌腱上,因此手指上任何地方的接触都能产生特征信号输出,并可以用来推断触觉信息。


该研究团队将传感器嵌入机器人的肌腱上实现新的触觉传感方法,这是一种前所未有的方式,经过试验他们发现这有很高的应用潜力。


将来,该团队开发的这种系统可以用于开发更加先进的机器人和假肢。这些机器人和假肢可以拥有触觉并利用本体感觉反馈,而无需与物体表面进行精确的接触。


来源:arXiv、Tech Xplore、智东西


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责任编辑:蔡学森