流線型機(jī)器人手臂的外觀設(shè)計(jì)研究，在靠近人類的地方使用時(shí)具有很高的接受潛力。資料來源：L. Boxberger/Fraunhofer IWU

機(jī)器人修剪草坪是社會(huì)已經(jīng)接受的一種機(jī)器人協(xié)助形式。但目前在其他任務(wù)中，特別是那些涉及到與人類近距離接觸的任務(wù)，如家務(wù)和護(hù)理，機(jī)器人協(xié)助的概念還很少。弗勞恩霍夫機(jī)床和成型技術(shù)研究所IWU在機(jī)器人中使用創(chuàng)新的可切換剛度，將所需的強(qiáng)度和必要的安全性結(jié)合起來。在2022年3月16日的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)預(yù)展和2022年5月30日至6月2日的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，研究人員將展示一種機(jī)器人手臂，可以促進(jìn)人們?cè)谄渲苯又車闹С帧?/p>

晚上，當(dāng)機(jī)器人在廚房打掃衛(wèi)生時(shí)，父母有時(shí)間舒適地坐在沙發(fā)上給孩子讀書，怎么樣？或者護(hù)理人員再次有時(shí)間專注于他們工作中的人性和情感方面，而由機(jī)器人來處理艱苦、單調(diào)的部分？到目前為止，像這樣的場(chǎng)景一直是科幻故事中的想法。畢竟，機(jī)器人主要是以僵硬的機(jī)器人系統(tǒng)的形式應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，這些系統(tǒng)被精簡為力量和精度，需要非常復(fù)雜的安全計(jì)劃，以確保沒有工人被置于危險(xiǎn)之中。

人形外觀？不完全是

弗勞恩霍夫IWU的研究人員為自己設(shè)定的目標(biāo)是，在涉及接近人類的領(lǐng)域推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。弗勞恩霍夫IWU的人類機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的課題負(fù)責(zé)人Linda Weisheit說："用于接近人類的機(jī)器人與用于工業(yè)的機(jī)器人產(chǎn)生了非常不同的要求，在工業(yè)中，工人可以以特定的方式接受培訓(xùn)。如果機(jī)器人要在日常生活中使用，首先它們需要是安全的，其次，它們必須有一個(gè)合適的外觀，以增加接受度。雖然人形機(jī)器人在日本很受歡迎，但歐洲人往往認(rèn)為與人類的相似性令人不安。因此，研究人員在設(shè)計(jì)方面保持著穩(wěn)定的關(guān)注。"

弗勞恩霍夫IWU的研究現(xiàn)狀：機(jī)器人手臂由三個(gè)部分組成，具有可切換的硬度和肌腱，可執(zhí)行一系列不同的運(yùn)動(dòng)。資料來源：弗勞恩霍夫IWU

可切換的剛度提供了力量和安全

Weisheit解釋說："在安全方面，軟體機(jī)器人技術(shù)提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。它利用柔軟的材料，不會(huì)造成傷害。另一方面，這些機(jī)器人不能執(zhí)行相當(dāng)多的任務(wù)--即使是一整杯咖啡，對(duì)軟體機(jī)器人手臂來說也太重了。因此，我們正在努力開發(fā)具有可切換硬度的新結(jié)構(gòu)--這意味著它們可以在剛性和柔軟之間切換這種可切換硬度的原理類似于咖啡包裝中使用的原理。當(dāng)真空包裝時(shí)，它是堅(jiān)硬和牢固的，但如果空氣進(jìn)入，它就會(huì)變得漂亮和柔軟。為了進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)剛度，特別是在拉伸應(yīng)變下，研究小組正在將其與置于彼此之上的薄膜相結(jié)合。這種組合的結(jié)果是，該系統(tǒng)可以承受拉伸應(yīng)變，同時(shí)也能抵抗壓縮。使用這類具有可切換硬度的結(jié)構(gòu)部件，使得設(shè)計(jì)新的運(yùn)動(dòng)概念和新的安全系統(tǒng)成為可能。這對(duì)我們的日常生活可能意味著什么，最好用裝滿咖啡的杯子這樣一個(gè)例子來解釋。如果機(jī)器人需要把它拿起來，它就把它的軟臂變得更硬一些，這樣它就能施加必要的力。在固體狀態(tài)下，它的硬度是軟的時(shí)候的300倍；換句話說，它的開關(guān)系數(shù)是300。然而，如果碰撞迫在眉睫--例如，如果人靠得太近--機(jī)械助手不會(huì)簡單地切換回其軟態(tài)。這將導(dǎo)致它把杯子掉到地上，留下一灘滾燙的咖啡，可能會(huì)對(duì)小孩子造成危險(xiǎn)。相反，它被設(shè)計(jì)為執(zhí)行一個(gè)規(guī)避動(dòng)作。換句話說。就像人一樣，它在拿著杯子的同時(shí)擺脫障礙物的束縛。"

安全和強(qiáng)大的機(jī)器人結(jié)構(gòu)的部署方案的愿景。信用: L. Boxberger/Fraunhofer IWU

Weisheit解釋說："研究人員已經(jīng)向整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)邁出了第一步，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的外觀提供了一個(gè)初步設(shè)想。他們已經(jīng)開發(fā)了相關(guān)的結(jié)構(gòu)部件，將它們與傳感器和執(zhí)行器以及手勢(shì)控制結(jié)合起來，并制作了一個(gè)肌腱驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人手臂，它由三個(gè)可切換的部分組成，并通過手勢(shì)控制來執(zhí)行平面運(yùn)動(dòng)。我們希望盡早與用戶開始對(duì)話，并找出他們的具體需求，這將使研究人員能夠根據(jù)用戶需求繼續(xù)開發(fā)。"