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小机器 大用途 哈佛推全球最小milliDelta机器人

白鸽人工智能2018/01/18

智东西(公众号:zhidxcom) 编 | 白鸽 据外媒报道,在机器人领域,Delta机器人的移动速度和精确度 […]

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编 | 白鸽

据外媒报道,在机器人领域,Delta机器人的移动速度和精确度是其他机器人所不能比的。并且,因其速度和精确度,Delta机器人可在某些领域发挥重要作用,如在各种工厂当中,它就可以进行快速准确地放置东西的工作。其工作速度远超人类,且研发目的也是为了替代人类劳动。

一、最小但移动速度最快的milliDelta机器人

Delta机器人是在20世纪80年代早期由瑞士洛桑联邦理工学院(Refalen Clavel)的Reymond Clavel教授领导的一个研究小组发明。它是一个并联机器人,即由多个运动链连接基座和末端感应器。Delta机器人主要具有两方面的优势。

其一,Delta机器人的发动机被固定在底座上,其机身可以由轻质复合材料制成,所以它的重量非常轻,这就能够使它进行快速且精确的移动。与之相比,其余大多数机器人的手臂是由固定线路和带有发电机的关节组成,这种构造虽然很好,但是会使手臂变得很重。

其二,Delta机器人有一个与手臂连接在一起的末端感应器,使其与工作平台保持平行。并且,Delta机器人可以对人类要拿起的东西进行定位,这使它能够较好的应用在各种工厂中。

而由哈弗大学的罗伯特·伍德的微型机器人实验室的研究人员Hayley McClintock研发milliDelta机器人,是有史以来体积最小,移动速度最快,移动精度最准确的Delta机器人之一。

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milliDelta机器人在前Delta机器人基础上,将其体积缩小到令人难以置信的程度。该机器人的体积为15×15×20(单位:毫米),重量为430毫克,但它的有效负载能力是1.3克。它可以在7立方毫米的工作间移动,并且移动的精确度约为5微米。然而,真正令人印象深刻的是它的速度,其速度可达到每秒0.45米,加速度可达到每秒215米,这也意味着它能够以高达75赫兹的频率进行不断地重复的运动。

此外,milliDelta是由压电致动器(piezoelectric actuators)进行驱动,当接通电压时,压电致动器会变弯曲。机器人的其余部分被设计成单片制造,每片都由碳纤维夹层、可用于折叠的Kapton薄膜以及一些热和压力活化的粘合剂片制成。当进行组装时,其夹层就被激光加工成合适的形状,然后借助夹具进行组装。研究人员说,使用弹出式制作方法帮助其自动进行装配,可以使装配更容易并且更一致。

二、milliDelta的应用

milliDelta机器人可以帮助人类做什么,可以应用在哪些领域?

在某些工厂中,milliDelta机器人可以进行微小的放置工作,其工作效果也很好,比如在电路板上快速放置元件等。同时,在某些微型工厂中,它可以帮助组装微型机器人,甚至可以组装出更多的milliDelta机器人。

此外,milliDelta还有一个非常重要的能力,就是可以帮助人类进行精密的手术。因为milliDelta速度足够快,所以它能够弥补外科医生在手术过程中产生的自然震颤,可以降低精密手术的风险。

三、第一个Delta机器人是如何产生的

关于第一个Delta机器人是如何产生的,这里有一个有趣的故事。原Delta机器人是由瑞士洛桑联邦理工学院(Refalen Clavel)教授Raymond Clavel设计,并在1985年被研制出来。该机器人主要应用在巧克力工厂里。下面讲述这个有趣的故事:

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有一位机器人实验室的助理,当他去拜访完一个巧克力制造商之后,产生了一个想法,即为什么不开发一个可以自动将巧克力果仁糖放入包装中的机器人?他所在的团队立即对此表示出了极大的兴趣。

Clavel教授说:“我们的目标是要建立一个高速机器人。最开始的想法是想要使用液压马达,因为它们动力更足。但是我们很快意识到我们的想法是错误的,因为果仁糖的重量仅有10克,一个拥有超轻量手臂的机器人会更好。”年轻的Clavel对这个项目非常着迷,他和他的团队不断地对不同的设计进行测试。他回忆说:“为了寻找一个可行的结构,我会在下班回家之后,开始摆弄我妻子的编织品”。

最终,他找到了解决方案:机器人将由三个铰接的手臂组成,这三个手臂通过三个平移自由度来引导行进夹持装置。至于较重的电机部件,他们没有把较重的电机部分放在机器人的移动部分上,而是放在机器人的底座上。正是这些设计特点使Delta变得如此轻快。

原文来自:spectrum