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德國機器人研發(fā)新進展:扭矩傳感器實現(xiàn)敏捷操作

星之球激光 來源:激光網(wǎng)2011-12-01 我要評論(0 )   

近年,仿人 機器人 的研發(fā)取得了重大進展。Rollin Justin 是由德國航空航天中心 (DLR)研制的一款機器人,能夠完成復(fù)雜的雙手動作,由于采用了 移動 平臺,可以在房間中...

近年,仿人機器人的研發(fā)取得了重大進展。Rollin’ Justin 是由德國航空航天中心 (DLR)研制的一款機器人,能夠完成復(fù)雜的雙手動作,由于采用了移動平臺,可以在房間中行動自如。它是一種服務(wù)機器人的雛形,未來可以幫助人們完成日常家務(wù)或在倉庫里搬送物品。對運動順序至關(guān)重要的快速通訊通過EtherCAT 來實現(xiàn),與此同時,由倍福的 TwinCAT PLC 自動化控制軟件實現(xiàn)精細(xì)的控制。

  德國航空航天中心(DLR)位于德國 Weßling 市,Rollin’ Justin機器人是其十多年的研究成果。這種人形移動式機器人是在由DLR研發(fā)的輕型機械臂和機械手基礎(chǔ)上研制而成(例如,用于太空維護工作的機械臂和機械手)。通過旋轉(zhuǎn)和移動底座可擴大機器人的抓取范圍,底座裝有4條獨立的、可靈活伸縮的機械腿。這與人通過身軀和腿的運動擴大活動半徑相類似。“Rollin’Justin上半身可自由旋轉(zhuǎn) 43 度,并配有扭轉(zhuǎn)傳感器;共有 51 個關(guān)節(jié),可以完成高度靈活的運動,,能夠靈敏地進行操作和交互運動。該機器人的雙手可以嫻熟地操作物體,例如搬移木箱或者沏茶。后者需要復(fù)雜的動作協(xié)調(diào)性。機器人必須一只手抓住茶葉罐,另一只手旋開它。然后,將茶葉粒倒入飲用玻璃杯。此時,通過手指輕扣塑料容器,精確地控制茶葉用量。最后將水從水瓶倒入茶杯。

扭矩傳感器實現(xiàn)敏捷操作

        視操控動作的不同,需要較松或較緊地協(xié)調(diào)手臂和手的動作:例如,抓起如木箱之類的大型物體時,兩個手臂必須緊密地協(xié)調(diào)工作。另一方面,旋開螺帽,要求手和臂完成良好的同步運動。此外,Rollin’Justin也可以與人和周邊環(huán)境進行互動。當(dāng)撞到某物或者觸碰到物體或者人時,它可以感知并立即中止動作,或者詢問是否應(yīng)繼續(xù)工作。通過集成的語音識別系統(tǒng),該機器人可識別約100個單詞且能將其組成有意義的短語。此外,它還可以通過內(nèi)置攝像頭采集周圍環(huán)境信息并識別目標(biāo),從而調(diào)整自己的運動方向。如在手指中安裝扭矩傳感器,確保Rollin’ Justin可以靈敏地抓起像草莓之類的物體且不擠碎它們。機器人的腳的活動范圍可調(diào):當(dāng)執(zhí)行高動態(tài)性動作或者大范圍移動動作時,Rollin’ Justin 可伸展開腿,擴大底盤范圍,從而穩(wěn)定上部軀體。需要穿過狹窄通道時,它會再次縮回腿。

“通過 EtherCAT,我們找到了理想的通信系統(tǒng).”

        Klaus Kunze,來自德國航空航天中心機器人系統(tǒng)部機器人與機械電子研究所。他說,“研制Rollin’ Justin時,使用第三方供應(yīng)商成熟的硬件組件,使我們節(jié)省了大量耗時的研發(fā)工作。”“我們主要根據(jù)所需的目標(biāo)功能和緊奏型設(shè)計來選擇組件。”

        然而,這給德國航空航天中心帶來的挑戰(zhàn)是:必須整合各種不同的實時協(xié)議。采用了通過CAN、CANopen、SERCOS、SpaceWire 和EtherCAT等實現(xiàn)通信的組件。這些不同現(xiàn)場總線之間的轉(zhuǎn)換由 EtherCAT 從站上的倍福 TwinCAT PLC 自動化軟件完成??刂扑枞繑?shù)據(jù)均通過 Matlab®/Simulink®環(huán)境中的一個具有實時功能的總線協(xié)議同步傳輸。該環(huán)境安裝在一臺獨立的實時計算機上,并由該計算機控制整個平臺(包括機器人上部軀體)。“我們需要這樣一個解決方案,一方面支持這些組件的通信技術(shù),另一方面不影響這些組件的性能。例如,可以實現(xiàn)1 毫秒的 SERCOS 驅(qū)動周期時間和較短的靜區(qū)時間。”Klaus Kunze 說。通過倍福的標(biāo)準(zhǔn)EtherCAT 端子,完美地實現(xiàn)了力傳感器和伺服驅(qū)動的連接。倍福的 SSI終端從機器人腿的位置傳感器采集數(shù)據(jù)。機械臂和軀干的 SERCOS 驅(qū)動器則通過倍福的 SERCOS 主站 PCI 插卡連接。Rollin’ Justin為德國航空航天中心提供了一個優(yōu)異的試驗平臺?;谠撈脚_,可以完成計劃用于復(fù)雜的雙手操作任務(wù)的控制策略和智能動作。目前來說,將移動式服務(wù)機器人用于搬運木箱或沏茶等家務(wù)的家庭助手仍然屬于將來的一個夢想

 

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