哈佛大学机器人领域再献创举,诞生世界上最小的Delta仿生机器人

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百家号01-2511:54

Delta 系列机器人一直以来不仅以速度和精度称雄,而且有广阔的应用空间——他们能以比人类更快的速度在工厂中拿取和摆放各种零件

今日,在哈佛大学 Robert Wood 微机器人实验室,研究人员 Hayley McClintock 设计出了目前最小的 Delta 机器人,称为 milliDelta。它是目前移动速度最快、精度最高的机器人。

Delta 系列机器人的速度和精度源于两个特征。特征之一在于,不管其他部件移动多快,机器人的驱动电机是静止的。大多数机器手的肢体部分都包含有不止一个电机,这令机器手变得很重。而将机器人驱动电机置于底座,就可以解决这个问题,使机器手的运动更加快速和精确。特征之二在于,Delta 机器人的设计,能保证原件在被放下时,其状态与被拿起时相同,无需进行进一步调整。

图丨哈佛研制的 milliDelta 是一台毫米尺度的仿生机器人,移动速度达 0.45 米/秒,加速度达到 215 米/二次方秒(即每秒增加 215 m/s 的速度)

milliDelta 继承了这 2 个特征。该机器人尺寸为 15×15×20 毫米,重 430 毫克,但可以举起 1.3 克的重物。milliDelta 可以在 7 立方毫米的空间内,以 5 微米的精度运动,最高速度可达 0.45 米每秒,加速度达 215 米/二次方秒,也就是说,milliDelta 每秒可以执行 75 次动作。

milliDelta 采用压电引擎驱动,碳纤维制成的承重结构和聚酰亚胺薄片制成的活动结构通过单片制造工艺和热压整合在一起,然后用激光切割成形。研究人员称,新的自动化制造工艺还可以让生产进一步简化,品质更有保证。

milliDelta 可以承担多种任务。快速拿起和摆放任务是不成问题的,这在集成电路的制造方面很有用。此外,其他微制造应用,比如组装微机器人之类,也没有问题。一个更有想象力的提议是用 milliDelta 进行显微手术,因为它的速度和精度已经不输于经验丰富的外科医生,手术风险更小。

1985 年,EPFL 实验室教授 Raymond Clavel 制造了第一台用于制造巧克力的 delta 机器人,以下是发明过程的简要回顾:

图丨第一台 Delta 机器人

一名机器人实验室的助教访问巧克力制造厂时产生一个点子:为什么不研发一种能自动包装巧克力的机器人呢?研究人员很欣赏这个点子。Clavel 教授回忆时表示,一开始,这台机器人就被定位为快速机器人。团队的第一个点子是使用液压引擎,因为功率较大。然而巧克力没多重,因此液压引擎没有什么优势可言——一台超轻型机器人会更合适。团队又测试了很多不同设计——Clavel 教授甚至察看过自己妻子的毛衣针,试图获得启发!最终他找到了解决方案:机器人拥有 3 个手臂,使得手掌能以 3 个自由度运动;比较重的引擎被放置在底座中,而不是运动部分。以上两个特征提供了难以置信的轻便性和速度,因此一直被沿用至今。

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