Pneumatics Powers Soft Hands

剛性の「フィンガー」を備えた従来のロボットグリッパーは高価である傾向があり、機能が制限されており、繊細な物体の安全な取り扱いには特に適していません。 このようなハードルを克服するために、ベルリン工科大学のロボット生物学研究所（RBOラボ）の研究者は、適応性があり、シンプルで安価なソフトロボットグリッパーを開発しています。 最終的な目標は、人間の手の動作を厳密に模倣することです。

他のプロジェクトの中でも、RBOラボでは、ソフトハンドと呼ばれるものを作成および制御する方法に関する基礎研究を行っています。 主な焦点は、堅牢でカスタマイズ可能で効果的なソフトアクチュエータと関連する制御技術を設計することです。

研究所の関係者によると、モーター、ギア、腱、リンクなどのコンポーネントで作られた従来の電気機械式アクチュエータは摩耗しやすく、多くの部品が必要で、組み立てが困難です。 これにより、得られるロボットは高価になり、ほとんどのアプリケーションでは手頃な価格になります。

ソフトハンドは、高度な制御戦略と組み合わせた機械的コンプライアンスを特に活用するため、従来のロボットハンド設計からの脱却を表しています。 指の動きは、圧縮空気によって駆動されます。 目的は、多くのアプリケーションで必要とされない超精密な位置決めを犠牲にしながら、シンプルで柔軟かつ順応性のあるものにすることです。

ラボはいくつかのプロトタイプを開発しました。 最新バージョンはRBO Hand 2と呼ばれ、安価で、コンプライアンスが高く、器用な擬人化ハンドと言われています。 PneuFlexアクチュエーターと呼ばれるフィンガーは、添加剤製造プロセスと成形プロセスを使用した繊維強化シリコーンゴムで作られています。 将来、ソフトアクチュエータは、特定のユーザー定義機能を提供するために、さまざまな材料とデザインを使用して、単一の製造ステップで3D印刷される可能性があります。

フィンガー構造には、ゴム製の上部セクションと、下部セクションに非弾性繊維が埋め込まれたゴムが含まれます。 加圧空気で指を膨らませると、上半分が強制的に伸び、下半分が伸びません。 その結果、上部と下部の長さが異なるため、アクチュエータが曲がります。 らせん状に巻かれた補強繊維は、アクチュエータの形状を強化および安定化するため、膨張は半径方向の拡張ではなく曲げにつながります。

チームは、PneuFlexアクチュエーターにソフトセンサーを組み込むことも調査しています。 変形性が高いため、既存のセンサー技術のほとんどは柔軟なアクチュエーターと互換性がありません。 触覚フィードバック機能を追加するために、研究者は次のような代替センサー技術を検討しています。変形を感知するための液体金属ひずみセンサー。 形状を感知するための光ファイバーの格子。 ひずみを測定するための導電性熱可塑性エラストマー繊維。 伸縮性のある多層容量性表面によるタッチセンシング。

RBO Hand 2は、比較的安価なPneumaticBoxを使用して制御されます。PneumaticBoxは、空圧フィンガーのリアルタイム同期と制御のために開発されたシステムです。 PneumaticBoxハードウェアには、バルブドライバー、圧力センサー、24 V電源に加えて、5/3バルブの配列、組み込みコンピューター（Beaglebone Black）が含まれています。 広く使用されているオープンソースのロボットソフトウェア（ROS、RoboticsLab RLab、Pythonスクリプトなど）を使用し、TCP / IPネットワークを介してリモートで制御できます。

RBO Hand 2は、柔らかく変形可能な構造のみに依存する場合のロボットハンドの機能と限界を調査するために開発されました。 デバイスの独自の適応性には、次のようないくつかの利点があります。

鈍的衝突に簡単に耐える

低衝撃エネルギーを提供

受動的に柔軟な指と手のひらがロボットアームから接触を切り離し、力制御を安定化

さまざまなオブジェクト形状への適応性により、指の制御が簡素化されます

空気圧作動により、手とアクチュエータの複雑な形状が可能

最後に、RBO Labの関係者によると、作業のもう1つの重要な側面は、電気機械式ハンドと比較して、ソフトロボットエンジニアリングがまだ初期段階にあるということです。 ソフトハンドに関連する設計、制御、および技術の継続的な研究により、さらなるブレークスルーがもたらされるはずです。