9.2 Биометрическая антропоморфная рука
При проектировании роботизированной руки ученые заостряют внимание на дизайне и функциональных возможностях. Руки робота должны быть просты и понятны с двумя или тремя пальцами для захвата. При имеющихся пяти пальцах на биохимических манипуляторах управление становится сложнее [13].
Ученые Чжэ Сю (Zhe Xu) и Эмануэль Тодоров (Emanuel Todorov) из Вашингтонского университета в Сиэтле построили самую подробную и кинематически точную биомиметическую антропоморфную руку робота, которую мы когда-либо видели, с конечной целью полной замены человеческих конечностей.
На рисунке 9.2 представлена биометрическая антропоморфная рука.
Рисунок
9.2 - биометрическая антропоморфная
рука.
Самый распространенный подход к проектированию антропоморфных рук роботов как правило заключается в механизации биологических деталей с суставами и связями в целях упрощения сложных человеческих аналогов. Этот подход неизбежно вносит нежелательные расхождения между человеческой и роботизированной руками, так как большинством из важных биомеханических особенностей человеческой руки пренебрегаются в процессе механизации. Присущее несоответствие между механизмами этих робототехнических рук и биомеханических человеческих рук мешает использовать естественное движение рук и непосредственное контролирование их. Таким образом, ни одна из существующих антропоморфных рук роботов не может достичь ловкости человеческой руки.
Был отсканирован лазером скелет человеческой руки, а затем созданы 3D-печатные искусственные кости, чтобы соответствовать тому, что позволило дублировать нефиксированные совместные оси.
Движение человеческого большого пальца опирается на сложную форму трапеции кости, расположенной в запястно-пястном суставе. Из-за неправильной формы трапеции кости точное местонахождение совместных осей не фиксировано. Таким образом, ни одна из существующих антропоморфных роботизированных рук не могут отобразить естественные движения пальца с обычными механическими суставами, которые требуют фиксированных осей вращения.
Были созданы 3D искусственные кости на основе отсканированной модели скелета руки и соединили их с искусственными суставами пальцев, чей диапазон движения, жесткости и динамического поведения очень близки к человеческим аналогам. Дизайн манипулятора верхней конечности однозначно сохраняет важную биомеханическую информацию человеческой руки на анатомическом уровне.
Совместные связки (которые стабилизируют суставы и контролируют их диапазон движения) изготовлены из высокопрочных спектральных строк с резиновыми листами, заменяющие мягкие ткани, которые добавляют совместные движения. Разгибатели и сгибатели сухожилия также изготовлены из спектров, с большим количеством резиновых листов для сухожилий, которые представляют собой сложную перепончатую многослойную структуру, которая оборачивается вокруг пальцев, чтобы помочь управлять гибкостью и крутящим моментом. В заключительной части исследователи занялись искусственными мышцами, которые состоят из массива сервоприводов 10 Dynamixel, точно имитируя запястье человеческой руки.
Помимо впечатляющего дизайна, рука из UW способна очень точно имитировать разнообразные захваты при управлении с дистанционного манипулятора WALDO. Пользователи также могут выполнять сложные манипуляции руки без обратной связи и усилий, которые исследователи обычно прилагают с кинематическими руками, так тесно совпадающими с реальной человеческой рукой.
Это действительно ключ к разгадке: тот факт, что рука предназначена для имитации человеческой руки, означает, что она имитирует человеческую руку в основном благодаря своей конструкции, а не программированию. Это имеет много потенциальных преимуществ в дистанционном манипулировании, поскольку оператор может более плавно использовать ловкость своих рук.
Лабораторные работы
10.1
10.2 Лабораторная работа №1. Знакомство с Arduino UNOи программной средой разработкиArduinoIDE
10.1.1 Цель лабораторной работы – ознакомление с техническими характеристиками платы ArduinoUnoи ее особенностями. Ознакомиться со средой программированияArduinoIDE.
10.1.2 Объектом исследования являются плата ArduinoUnoи программная среда разработкиArduinoIDE.
10.1.3 Лабораторное задание:
- Изучить плату Arduino;
- Изучить среду программирования ArduinoIDE;
- Продемонстрировать работу с программой ArduinoIDEна примере лабораторной работы;
- Ответить на контрольные вопросы;
- Оформить отчет.