傳感器是機(jī)器必不可少的零件之一，它帶動(dòng)了很多機(jī)器的發(fā)展。近日，在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)研發(fā)出可伸縮光學(xué)傳感器，使機(jī)器人的靈活性又更上一層。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一只帶有多個(gè)3D打印光纖傳感器和一個(gè)新型的可伸縮光學(xué)傳感器的三指軟機(jī)器人手。這個(gè)軟機(jī)器人手能夠檢測(cè)到低于十分之一牛頓的力。該項(xiàng)目獲得了美國(guó)宇航局(NASA)的支持。
使用光纖，該研究團(tuán)隊(duì)在每個(gè)機(jī)器人手指里面放置了14個(gè)張力傳感器，這些機(jī)器人手指的設(shè)計(jì)仿照人類手指的骨骼結(jié)構(gòu)。每根手指的指尖和兩根“指骨”都是3D打印的，這幾根“指骨”通過關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)上還覆有一種硅橡膠“皮膚”。這種技術(shù)為機(jī)器手指提供了確定其指尖接觸位置并檢測(cè)其所經(jīng)受的微不足道的力量的能力。盡管最新的可伸縮性光學(xué)感測(cè)材料并沒有用在當(dāng)前版本的機(jī)械手上，不過研究人員希望在以后的軟機(jī)器人皮膚中用到它，以獲得更大的反饋。
客觀地說，當(dāng)前常用的壓力或力傳感器是有問題的。這是因?yàn)槠渲械牟季€過于復(fù)雜，傳感器容易斷裂。而且他們極容易受到來自電動(dòng)馬達(dá)和其它電磁設(shè)備的干擾。而使用光纖傳感器就沒有這些問題，甚至一根光纖都可以包含幾個(gè)傳感器。在這個(gè)項(xiàng)目中，其機(jī)器人手指上的所有傳感器都與4個(gè)光纖相連接，并且它們對(duì)電磁干擾完全免疫。
研究人員稱，他們開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的目的是為了提高機(jī)器人的自主性。“如果你想讓機(jī)器人自主地工作，并在日常環(huán)境中對(duì)于各種意想不到的力安全地作出反應(yīng)，就需要讓機(jī)器人手上安裝比當(dāng)前常見的水平更多的傳感器。”卡耐基梅隆大學(xué)機(jī)器人學(xué)副教授Yong-LaePark稱，“僅在人指尖的皮膚中就含有數(shù)千個(gè)觸覺感官單位，而一只蜘蛛的每條腿上都有數(shù)百個(gè)機(jī)械刺激感受器。而在當(dāng)前最先進(jìn)的人形機(jī)器人——比如NASA的Robonaut——的手和手腕上，僅有42個(gè)傳感器。”
Park開發(fā)的這個(gè)機(jī)器人手得到了該校機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生LeoJiang和KevinLow的幫助。這一裝置集成了當(dāng)前市場(chǎng)上在售的光纖布拉格光柵(FBG)傳感器，該傳感器通過測(cè)量光纖內(nèi)發(fā)射光波長(zhǎng)的位移來檢測(cè)拉力。這種手指是靠一個(gè)主動(dòng)性的腱來彎曲的，同時(shí)還靠另外一個(gè)被動(dòng)的彈性腱提供相反的力拉直手指。
新型的可伸縮光學(xué)傳感器是開發(fā)團(tuán)隊(duì)希望能夠用在下一個(gè)版本的機(jī)械手上的傳感器。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的光學(xué)傳感器缺乏彈性，眾所周知，玻璃纖維幾乎無法拉伸，甚至用聚合物制成的光學(xué)纖維拉伸通率也只有20%-25%，其使用價(jià)值很有限。然而，通過將硅橡膠與一種反光金(reflectivegold)組合起來，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)傳感器上被施以壓力時(shí)，會(huì)有光能夠逸出，這使得他們能夠據(jù)此測(cè)量力的大小。Park認(rèn)為，這種類型的傳感器可以同時(shí)感應(yīng)到接觸，并測(cè)量力的大小。
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