能打羽毛球又能擊穿墻壁，戴上這款機(jī)械臂，秒變蜘蛛俠反派「章魚(yú)博士」

賈浩楠 2020-06-22 08:20:55 來(lái)源：量子位

賈浩楠 發(fā)自 凹非寺
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穿戴式機(jī)械臂，除了幫助殘障人士，還能做什么？

「輕」能打羽毛球，「重」能破墻拆房，從室內(nèi)生活到高強(qiáng)度勞動(dòng)，各種任務(wù)場(chǎng)景輕松拿下。

這個(gè)最新的穿戴式機(jī)械臂來(lái)自加拿大舍布魯克大學(xué)，團(tuán)隊(duì)剛剛在機(jī)器人頂會(huì)ICRA 2020上公布了這項(xiàng)成果。

運(yùn)動(dòng)休閑、施工裝修，無(wú)所不能「第三只手」

機(jī)械臂全名叫「基于磁流變離合器和靜液壓傳輸線的機(jī)械附肢」，使用時(shí)，需要第二個(gè)人在后方操作機(jī)械臂。

它可以輔助人們完成各種各樣的動(dòng)作，比如采摘水果：

類似這種輕拿輕放的任務(wù)，傳統(tǒng)機(jī)械手也能完成，而這款機(jī)械臂的優(yōu)勢(shì)在于「可穿戴」，大大擴(kuò)展了使用場(chǎng)景范圍，與原先在固定臺(tái)上的機(jī)械臂相比，真正具有了實(shí)用性。

此外，背在腰部的機(jī)械臂可以在較為危險(xiǎn)的場(chǎng)景下，代替人手進(jìn)行施工作業(yè)，提高安全系數(shù)。比如，在粉刷高處墻壁的場(chǎng)景中，可以直接把工具交給機(jī)械臂，人的雙手牢牢扶住梯子：

對(duì)于較重的物品，比如裝修用的角磨機(jī)、電鉆等2-4kg物品，機(jī)械臂也能輕松取放：

2-4kg根本沒(méi)發(fā)揮出機(jī)械臂的真正實(shí)力，把機(jī)械臂的手掌換成一個(gè)鐵球，整個(gè)裝置就成了破拆機(jī)，普通的木板、膠合板、玻璃都能擊穿。

△完成任務(wù)還會(huì)默契地「擊掌」

除了用在室內(nèi)裝修，它的最大價(jià)值就是緊急情況下的脫困逃生了。

機(jī)械臂還有一項(xiàng)絕活，「打羽毛球」：

可輕可重，「軟硬兼施」，這款機(jī)械臂全面勝任生活助手和強(qiáng)勞動(dòng)力的雙重角色。

「第三只手」怎么造的？

機(jī)械臂全套系統(tǒng)由3部分組成：機(jī)械臂本體、電源集成、操縱桿。

首先是機(jī)械臂的基本數(shù)據(jù)

參數(shù)

值

機(jī)械臂重量（不含線束）

4.2kg

線束重量

2.5kg

電源集成質(zhì)量

18kg

接合處1

接合處2

接合處3

接合處最大功率

1.5kW

1.5kW

1.5kW

接合處最大扭矩

35Nm

35Nm

35Nm

機(jī)械臂自重4.2千克，骨架由碳纖維和鋁合金制成，接近一個(gè)成年男子單條手臂重量；由靜態(tài)液壓傳輸裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。這三個(gè)關(guān)節(jié)分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的全方位自由擺動(dòng)。

電源集成由一臺(tái)磁流變離合器和電腦組成，用來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓裝置給機(jī)械臂提供可調(diào)的動(dòng)力。

參數(shù)如下：

參數(shù)

值

磁流變離合器最大扭矩

2Nm

液壓傳輸線最大壓強(qiáng)

2785（關(guān)節(jié)1、2）-2341（關(guān)節(jié)3）kPa

每個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)由一個(gè)由電動(dòng)機(jī)(KDE600XF-1100-G3，KDE Direct)組成的動(dòng)力單元驅(qū)動(dòng)（5.5kW) ，其中還包括兩個(gè)定制磁流變離合器 ， 兩個(gè)滾珠螺釘和兩個(gè)主氣瓶。

在每個(gè)電源單元中，電機(jī)用正時(shí)皮帶（4.86：1）驅(qū)動(dòng)兩個(gè)離合器輸入級(jí)。由線圈中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，按比例改變位于離合器的輸入和輸出階段之間的磁流體的粘度，由此控制輸入和輸出級(jí)之間的扭矩，與輸入電流形成線性關(guān)系。

離合器輸入總是保持在滑動(dòng)模式，有效地將電機(jī)的慣性與系統(tǒng)輸出解耦，從而最大限度地提高動(dòng)態(tài)性能。滾珠絲杠機(jī)構(gòu)將輸出扭矩轉(zhuǎn)化為推動(dòng)主缸活塞的線性動(dòng)力，以調(diào)節(jié)靜壓線中的壓力。

「手掌」，即夾持器，由三個(gè)相同的手指組成，長(zhǎng)16厘米，直徑0.9厘 米。每個(gè)手指由一個(gè)硅橡膠管織物的包裹層，和一個(gè)3D打印外骨骼構(gòu)成。

這種織物呈徑向剛性，軸向延伸。這種特性限制了管子在壓力下的過(guò)度形變。外骨骼中的三個(gè)樞軸點(diǎn)將表面受壓延伸轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢?/p>

一個(gè)磁流體靜態(tài)液壓?jiǎn)卧o「手指」供電，每個(gè)手指對(duì)單軸負(fù)載最大為30N(690kPa壓力下測(cè)量)。

團(tuán)隊(duì)為機(jī)械臂嚴(yán)格設(shè)置了活動(dòng)范圍，避免它與使用者身體發(fā)生碰撞，保證安全。

這套機(jī)械臂不知有沒(méi)有讓你想起蜘蛛俠2中的經(jīng)典反派「章魚(yú)博士」？

他最炫酷的裝備就是身后的機(jī)械臂了，既能痛扁蜘蛛俠，又能點(diǎn)煙倒茶。

如今加拿大這個(gè)團(tuán)隊(duì)把科幻電影的一幕搬到了現(xiàn)實(shí)中。

而這項(xiàng)研究最有價(jià)值的地方，在于將機(jī)械臂從特定的工業(yè)場(chǎng)景和醫(yī)療用途，擴(kuò)展到了普通人的生活。

團(tuán)隊(duì)今后計(jì)劃開(kāi)發(fā)使用AI算法的控制系統(tǒng)，使機(jī)械臂更好的擬合人類的動(dòng)作習(xí)慣。

「蜘蛛俠2」2004年上映，16年后，電影里的科幻場(chǎng)景已經(jīng)成真。

藝術(shù)家的想象力，和科學(xué)家的知識(shí)技術(shù)，在共同推動(dòng)人類的進(jìn)步。

誰(shuí)又能想到，下一個(gè)16年，會(huì)有多少科幻場(chǎng)景變成現(xiàn)實(shí)呢？

參考鏈接

https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/robotic-third-arm-can-smash-through-walls論文原址：https://ieeexplore.ieee.org/document/8962256/metrics#metrics

— 完 —

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