Ujung jari robot yang terinspirasi origami dengan kemampuan mengubah bentuk
Engine

Ujung jari robot yang terinspirasi origami dengan kemampuan mengubah bentuk


Contoh genggaman menggunakan sepasang ujung jari yang berubah bentuk. Kredit: Kan et al.

Untuk melakukan tugas-tugas yang melibatkan memindahkan atau menangani objek, robot harus dengan cepat menyesuaikan genggaman dan strategi manipulasi mereka berdasarkan properti dari objek tersebut dan lingkungan sekitarnya. Kebanyakan tangan robotik yang berkembang sejauh ini, bagaimanapun, memiliki struktur yang tetap dan membatasi; dengan demikian, mereka dapat melakukan sejumlah gerakan terbatas dan hanya dapat menangkap jenis objek tertentu.

Para peneliti di Universitas Sains dan Teknologi Hong Kong baru-baru ini mengembangkan ujung jari robotik yang dapat mengubah bentuknya dan beralih di tiga konfigurasi berbeda, yang memungkinkannya untuk menangkap berbagai objek yang lebih luas. Desain unik ujung jari ini, yang diuraikan dalam makalah yang dipresentasikan pada IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (CASE) tahun ini, terinspirasi oleh origami, seni melipat kertas Jepang yang terkenal.

“Studi kami terinspirasi oleh dua pengamatan umum dalam penelitian saat ini dan aplikasi industri,” kata Zicheng Kan dan Yazhan Zhang, dua peneliti yang melakukan penelitian tersebut, kepada TechXplore melalui email. “Yang pertama berkaitan dengan gripper paralel yang dikembangkan dalam studi penelitian sebelumnya, yang dapat membantu mencapai otomasi industri. Gripper ini memerlukan titik genggam yang dipilih dengan baik, jika tidak, kesetimbangan statis mungkin tidak tercapai.”

Para peneliti telah mencoba mengembangkan teknik untuk mengontrol pose menggenggam gripper robot selama beberapa dekade. Namun, sebagian besar pendekatan yang ada memiliki keterbatasan signifikan yang mencegahnya menggeneralisasi dengan baik di berbagai objek. Tujuan pertama dari penelitian yang dilakukan oleh Kan, Zhang, dan rekan-rekannya adalah mengembangkan ujung jari yang dapat dikontrol dengan mudah dan dapat melakukan berbagai pose.

“Pengamatan lain di masa lalu yang mengilhami penelitian kami adalah bahwa untuk pemahaman yang stabil, para insinyur harus merancang penjepit khusus yang dipasang pada penjepit paralel untuk manipulasi, misalnya memilih dan menempatkan, dll.,” Kata Kan dan Zhang. “Membosankan jika item di jalur perakitan diubah dengan bentuk yang berbeda, yang menyebabkan penggantian penjepit secara manual yang tidak efisien. Ujung jari yang berubah bentuk yang kami buat dapat membantu mengurangi atau mengatasi masalah ini.”

Desain ujung jari robotik yang dibuat oleh Kan, Zhang, dan rekan mereka didasarkan pada struktur robotik lain yang disajikan dalam penelitian mereka sebelumnya. Pada 2019, misalnya, para peneliti menciptakan gripper lembut monolitik yang terinspirasi dari origami dengan ujung jari rata. Meskipun gripper ini juga dapat berubah bentuk dan berubah bentuk, performanya dalam hal muatan dan ketangkasannya buruk, karena ujung jari yang rata dan lembut.

“Seorang mahasiswa doktoral dalam kelompok kami, Tuan Song Haoran, juga sebelumnya menerbitkan makalah tentang pengelompokan permukaan kontak, menunjukkan tiga primitif kontak khas untuk representasi geometri lokal utama,” kata Kan dan Zhang. “Ujung jari yang dipasang pada gripper paralel ini telah diuji pada objek yang berbeda, yang menunjukkan kelayakan dan stabilitas pegangan. Makalah ini menginspirasi kami untuk merancang ujung jari yang berubah bentuk, dengan konfigurasi morfologi dalam tiga kontak primitif.”

Bentuk ujung jari morphing berbasis origami yang dikembangkan oleh Kan, Zhang, dan rekan mereka di Universitas Sains dan Teknologi Hong Kong memiliki dua komponen utama: kerangka origami lembut yang berfungsi sebagai permukaan morphing ujung jari dan hubungan empat batang yang digerakkan oleh motor yang berfungsi sebagai mekanisme aktuasi dan transmisi.

Ujung jari robot yang terinspirasi origami dengan kemampuan mengubah bentuk

Hubungi primitif ujung jari dalam tiga mode morphing. Kredit: Kan et al.

Para peneliti menempatkan sambungan bola di tengah ujung jari untuk memungkinkan rotasi bebas tiga dimensi dan dukungan permukaan atas. Selain itu, mereka menggunakan motor servo (yaitu, kelas aktuator putar) untuk mengontrol empat sisi daun yang ditempatkan pada kerangka origami lunak.

“Dengan kombinasi pose yang berbeda pada setiap sisi daun, banyak konfigurasi dapat dicapai untuk mode menggenggam yang berbeda, misalnya, mode cembung, mode cekung dan mode planar miring,” Kan dan Zhang menjelaskan. “Mode ini dapat disimulasikan dan diprediksi oleh model kinematik kami.”

Para peneliti mengevaluasi tiga mode morphing yang dapat dicapai ujung jari mereka pada gerakan yang penting untuk penggenggam robot yang efektif. Misalnya, mereka menguji keefektifan mode cembung untuk apa yang dikenal sebagai pivoting dan pinch grasping, mode cekung untuk melakukan power grasp dan mode planar miring untuk manipulasi dan reorientasi tangan.

Secara keseluruhan, mereka menemukan bahwa ujung jari yang mereka kembangkan memiliki banyak karakteristik yang menguntungkan, termasuk kemampuan untuk beralih dengan cepat antara mode morphing primitif dan mode menggenggam yang berbeda, serta antara mode pegangan yang stabil dan cekatan berdasarkan tugas yang ada. Konfigurasi ujung jari disimulasikan secara efisien dan dipandu oleh model kinematik yang mereka gunakan.

Ujung jari robot yang terinspirasi origami dengan kemampuan mengubah bentuk

Pelacakan lintasan dalam ruang konfigurasi. Kredit: Kan et al.

“Kami memperkenalkan solusi baru untuk kebutuhan adaptasi dan ketangkasan robot yang dapat diterapkan baik dalam lingkungan akademis dan industri, tanpa menambahkan biaya tambahan yang signifikan,” jelas Kan dan Zhang. “Desain kami dapat menginformasikan karya masa depan yang mencoba mengatasi masalah ini menggunakan ujung jari yang ringkas, dapat dikontrol, dan berubah bentuk.”

Di masa depan, ujung jari yang berubah bentuk yang dirancang oleh Kan, Zhang, dan rekan-rekannya dapat diintegrasikan pada sejumlah robot humanoid yang sudah ada dan yang baru dikembangkan. Karena biayanya relatif rendah (yaitu, biayanya sekitar US $ 5 untuk membuatnya, tidak termasuk papan kontrol), ini dapat membantu untuk mengotomatiskan proses jalur perakitan, mengurangi biaya yang terkait dengan perubahan bentuk produk secara terus menerus berdasarkan apa yang dapat dilakukan oleh gripper yang ada. memanipulasi.

Sementara ujung jari yang dibuat oleh tim peneliti ini mencapai hasil yang sangat menjanjikan, masih ada sejumlah masalah yang harus diatasi dan diuji untuk dijalankan sebelum dapat dikomersialkan. Misalnya, saat ini ada perbedaan antara kinerja aktual dan prediksi yang dibuat oleh model kinematik, yang direncanakan Kan, Zhang, dan rekannya untuk ditangani dalam pekerjaan masa depan mereka dengan sedikit mengubah desain dan proses fabrikasi.

“Area lain yang kami rencanakan untuk difokuskan dalam studi masa depan kami adalah miniaturisasi, menggunakan motor yang lebih kecil dan struktur yang lebih kompak sehingga ujung jari dapat dengan mudah diintegrasikan pada tangan robot,” kata Kan dan Zhang. “Selain itu, saat ini, struktur beroperasi dengan strategi kontrol loop terbuka pada morphing. Sensing memainkan peran penting untuk end-effector yang kuat dalam aplikasi praktis, jadi kami juga akan mencoba menambahkan kemampuan ini di masa mendatang.”


Menggunakan pembelajaran mendalam untuk memberi sentuhan pada ujung jari robot


Informasi lebih lanjut:
Ujung jari morphing bentuk berbasis Origami untuk meningkatkan stabilitas dan ketangkasan genggaman. arXiv: 2010.04931 [cs.RO]. arxiv.org/abs/2010.04931

Sebuah gripper lembut monolitik terinspirasi origami berdasarkan metode desain geometris. Konferensi Internasional IEEE ke-2 tentang Soft Robotics (RoboSoft) 2019(2019).
DOI: 10.1109 / ROBOSOFT.2019.8722746.

Optimalisasi permukaan ujung jari untuk pegangan yang kuat pada primitif kontak. IEEE Robotics and Automation Letters(2018). DOI: 10.1109 / LRA. 2018.2789842.

© 2020 Science X Network

Kutipan: Ujung jari robot yang terinspirasi origami dengan kemampuan mengubah bentuk (2020, 16 November) diambil pada 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-origami-inspired-robotic-fingertip-shape-morphing-capabilities .html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagu togel