Оптические датчики расширяют возможности роботизированных рук


Ученые из Университета Карнеги-Меллон разработали эластичную роботизированную руку с тремя пальцами, в которую вмонтировали большое количество оптоволоконных датчиков

30 сентября 2015
 
С помощью оптоволокна исследователи смогли вмонтировать 14 тензодатчиков в каждый из пальцев роботизированной руки, благодаря которым манипулятор научился «понимать», когда пальцы входят в контакт с поверхностями, и определять силу, не превышающую 1/10 ньютона. Новый гибкий оптический чувствительный материал не использовался при создании роботизированной руки, но потенциально сможет применяться при разработке мягкой оболочки («кожи») робота, что позволит улучшить сенсорную обратную связь.

«Если роботам требуется работать автономно и уверенно реагировать на случайные внешние воздействия, необходимо оснастить их манипуляторы большим количеством датчиков, — рассказывает один из разработчиков Ен-Лаэ Парк (Yong-Lae Park). — В человеческой коже имеются тысячи тактильных рецепторов — и это только на кончике пальца. А у паука — сотни механорецепторов на каждой ноге. Но даже самый современный антропоморфный робот, такой как Robonaut (NASA), имеет только 42 датчика на своей руке и запястье».

Добавление обычных датчиков давления или силы проблематично, поскольку осложнено их подключением, ненадежностью и чувствительностью к наводкам от электромоторов и других электромагнитных устройств. Но одиночное оптоволокно может содержать несколько датчиков. По словам Парка, все датчики на каждом из пальцев робота подключены через четыре оптоволоконных кабеля, хотя, теоретически, можно это сделать и при помощи одного. Стоит напомнить, что оптическим датчикам не страшны электромагнитные помехи.
Промышленные роботы, работающие в условиях регулируемой среды, могут производить очень точные манипуляции даже при ограниченном количестве датчиков. Но для робототехников из Университета Карнеги-Меллон и других учреждений, работающих над созданием «мягких роботов», которые могут постоянно и безопасно взаимодействовать с человеком, повышенное внимание к тактильным и силовым ощущениям имеет большое значение. 

Каждый из пальцев роботизированной руки повторяет структуру костей человеческого пальца, каждую из трех фаланг, соединенных суставами. «Кости» манипулятора напечатаны с помощью 3D-принтера из твердого пластика и оснащены восемью датчиками для определения усилия. Каждая из трех фаланг покрыта эластичной «кожей» из силиконового каучука, в которую интегрированы шесть датчиков, которые определяют, где происходит контакт с поверхностью. Один тяговый трос работает на сгибание пальца, а пассивное эластичное «сухожилие» выпрямляет его.

Рука, разработанная студентами Лео Цзянем (Leo Jiang) и Кевином Лоу (Kevin Low), содержит коммерчески доступные датчики на основе волоконной решетки Брэгга (FBG), которые определяют нагрузку при помощи измерения изменения длины волны света, отраженного оптоволокном.

Что еще почитать