ARTiS: An Adaptive Robotic Gripper for Enhanced Tool Manipulation in Disassembly Applications
Dieses Paper stellt ARTiS vor, einen neuartigen adaptiven Robotergreifer, der durch aktives Jamming und Fin-Ray-Adaption weiche Mechanismen, anthropomorphe Geschicklichkeit und starre Robustheit kombiniert, um verschiedene Werkzeuge in Demontageanwendungen sicher zu manipulieren.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Roboter sind mittlerweile bemerkenswert gut darin geworden, Dinge aufzuheben. In Fabriken können sie Kisten heben, Obst sortieren und schwere Bauteile mit einer Präzision bewegen, die oft die menschliche Geschwindigkeit übertrifft. Es gibt jedoch einen deutlichen Unterschied zwischen dem bloßen Halten eines Objekts und dem tatsächlichen Gebrauch desselben. Wenn ein Mensch einen Hammer, einen Schraubendreher oder einen Akkuschrauber in die Hand nimmt, greift er nicht einfach nur um den Griff; er umschließt ihn mit der Hand, passt seinen Griff an, während sich das Werkzeug bewegt, und nutzt seine Handfläche, um das Werkzeug zu fixieren, damit es sich nicht dreht oder verrutscht, während Kraft ausgeübt wird. Diese Fähigkeit, ein Werkzeug sicher zu halten, während man dreht, drückt oder schlägt, ist ein grundlegender Teil dessen, wie wir Dinge aufbauen und zerlegen. Für Roboter bleibt dies eine hartnäckige Hürde. Die meisten Roboterhände sind darauf ausgelegt, Objekte zu greifen, aber wenn sie versuchen, ein Werkzeug zu benutzen, rutscht das Werkzeug oft weg, dreht sich oder fällt herunter, weil der Roboter nicht über den komplexen, adaptiven Griff verfügt, den eine menschliche Hand ganz natürlich bietet.
Ein Forscherteam hat eine neue Roboterhand entwickelt, die speziell darauf ausgerichtet ist, dieses Problem zu lösen. Sie nennen sie ARTiS, einen dreifingrigen Greifer, der die Art und Weise nachahmt, wie eine menschliche Hand Werkzeuge bei Demontageaufgaben hält und benutzt. Der Kern der Designidee besteht darin, zwei verschiedene Arten des Haltens zu kombinieren. Der erste Teil ist eine weiche, „jamming“ Handfläche (Verstopfungs-Handfläche). Stellen Sie sich einen Beutel vor, der mit winzigen Glasperlen gefüllt ist; wenn Luft aus dem Beutel gesaugt wird, packen sich die Perlen eng zusammen und verwandeln den weichen Beutel in eine starre Form, die sich perfekt an das darin befindliche Objekt anpasst. Die Forscher bauten eine solche Handfläche, gestalteten sie jedoch mit einem tiefen Schlitz, damit Werkzeuge wie Schraubendreher oder Hammer tief hineingedrückt und fixiert werden können. Der zweite Teil besteht aus drei Fingern, die sich unabhängig voneinander bewegen können und mit speziellen, flexiblen Polstern versehen sind. Diese Fingerspitzen sind so konzipiert, dass sie sich der Form des Werkzeuggriffs anpassen und beugen, was für zusätzlichen Griff und Stabilität sorgt. Indem der Greifer die Jamming-Handfläche nutzt, um den Hauptkörper des Werkzeugs zu halten, und die Finger, um die Spitze zu justieren, kann der Roboter ein Werkzeug fest genug halten, um eine Schraube zu drehen oder eine Oberfläche zu schlagen, ohne dass das Werkzeug aus seinem Griff rutscht.
Die Forscher testeten diesen neuen Greifer, indem sie ihn Aufgaben unterzogen, die ein Mensch beim Zerlegen einer Maschine durchführen würde, wie etwa bei einer Klimaanlage eines Autos. Sie verwendeten eine Vielzahl gängiger Werkzeuge, darunter neun verschiedene Arten von Schraubendrehern, zwei Hämmer und zwei Akkuschrauber. Die Tests beinhalteten nicht nur das Aufheben der Werkzeuge, sondern auch deren Anwendung, um Bolzen zu lösen, Kunststoffverbindungen zu brechen und Nägel einzutreiben. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kombination aus der Jamming-Handfläche und den adaptiven Fingern deutlich besser funktionierte als bisherige Roboterhände. Als die Forscher maßen, wie viel Kraft auf die Spitze eines Schraubendrehers ausgeübt werden konnte, bevor dieser verrutschte, konnte der neue Greifer bis zu 7,8 Mal mehr Kraft bewältigen als eine Standard-Roboterhand, die sich nur auf die Finger verließ. In vielen Fällen lieferte die Handfläche allein über 90 Prozent der Haltekraft, was bewies, dass der „Jamming“-Mechanismus der Schlüssel dazu war, das Werkzeug stabil zu halten.
Die Studie zeigte jedoch auch auf, wo die Technologie noch vor Herausforderungen steht. Während der Greifer hervorragend darin war, stationäre Werkzeuge zu halten oder Schrauben zu drehen, hatte er leichte Schwierigkeiten mit Werkzeugen, die stark vibrierten, wie etwa einem Akkuschrauber. Die Vibrationen des Bohrers verursachten, dass sich die winzigen Perlen in der Jamming-Handfläche verschoben, was den Griff gelegentlich lockerte und dazu führte, dass das Werkzeug den Kontakt verlor. Trotzdem gelang es dem Greifer, Werkzeuge in 8en 85 Prozent der Versuche zu greifen und neu auszurichten, wobei die Erfolgsquote für die tatsächliche Benutzung der Werkzeuge bei 68 Prozent lag. In einem kooperativen Experiment hielt der Greifer ein Werkstück stabil, was einem Menschen ermöglichte, beide Hände zu benutzen, um das Werkzeug und die Schraube gleichzeitig zu halten; dieser Aufbau reduzierte die Gesamtzeit, die zum Lösen von drei Bolzen benötigt wurde, um fast 14 Prozent im Vergleich zu einem Menschen, der alleine arbeitete. Die Forscher testeten den Greifer auch an einer breiten Palette alltäglicher Gegenstände, von Lebensmitteln bis hin zu Küchenutensilien, und er konnte 95 Prozent davon erfolgreich greifen und anheben, was zeigt, dass sein Design nicht nur auf Werkzeuge beschränkt ist.
Das Projekt untersuchte auch, wie Menschen und Roboter enger zusammenarbeiten könnten. In einem Experiment nutzte eine Person einen „Lehrmodus“, um die Roboterhand physisch in die richtige Position zu führen, um ein Teil einer Maschine zu halten. Sobald der Roboter die Position gelernt hatte, fixierte er das Teil, sodass der Mensch beide Hände benutzen konnte, um an der Maschine zu arbeiten. Diese Zusammenarbeit reduzierte die Gesamtzeit, die zum Lösen von drei Bolzen benötigt wurde, um fast 14 Prozent im Vergleich zu einem Menschen, der alleine arbeitete. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass der Greifer zwar nicht perfekt ist, insbesondere bei vibrierenden Werkzeugen, aber einen bedeutenden Schritt nach vorn darstellt. Sie zeigt, dass Roboter, um die Kunst des Zerlegens wirklich zu meistern, mehr als nur starke Finger benötigen; sie brauchen eine intelligente, anpassungsfähige Handfläche, die Werkzeuge fixieren kann, genau wie eine menschliche Hand.
Ertrinken Sie in Arbeiten in Ihrem Fachgebiet?
Erhalten Sie tägliche Digests der neuesten Arbeiten passend zu Ihren Forschungsbegriffen — mit technischen Zusammenfassungen, in Ihrer Sprache.