机器人夹具提供了前所未有的力量和精致的结合
北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发了一种机器人抓取装置，该装置足够轻柔，可以拿起一滴水，强度足以拿起 6.4 公斤(14.1 磅)的重物，足够灵巧，可以折叠一块布，并且足够精确，可以拾取制作比人类头发细 20 倍的微缩胶片。除了可能的制造应用之外，研究人员还将该设备与技术相集成，允许通过前臂肌肉产生的电信号控制夹具，展示了其与机器人假肢一起使用的潜力。
“由于强度、精度和轻柔性之间的权衡，很难开发出一种能够处理超软、超薄和重物体的单一软夹具，”该研究论文的通讯作者、同事杰印说。北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程教授。“我们的设计实现了这些特性的完美平衡。”
新型夹具的设计基于上一代灵活的机器人夹具，借鉴了剪纸艺术，其中涉及切割和折叠二维材料片以形成三维形状。
“我们的新夹具也使用剪纸，但有很大不同，因为我们从以前的设计中学到了很多东西，”该论文的合著者、最近获得博士学位的姚野洪说。毕业于北卡罗来纳州立大学。“我们已经能够改进基本结构本身，以及夹具的轨迹，即夹具在抓取物体时接近物体的路径。”
新设计能够实现高度的强度和柔和性，因为它如何在整个夹具结构中分配力。
“机器人夹具的强度通常以有效负载重量比来衡量，”尹说。“我们的夹具重 0.4 克，可举起 6.4 公斤。有效载荷重量比约为 16,000。这比之前的有效载荷重量比记录(6,400)高出 2.5 倍。结合其柔和和精确的特性，夹具的强度表明其具有广泛的应用前景。”
这项新技术的另一个好处是，其吸引人的特性主要是由其结构设计驱动的，而不是由用于制造夹具的材料驱动的。
“实际上，这意味着你可以用可生物降解的材料(例如坚固的植物叶子)制造夹具，”洪说。“这对于您只想在有限时间内使用夹具的应用特别有用，例如处理食品或生物医学材料时。例如，我们已经证明夹具可以用来处理锋利的医疗废物，例如针头。”
研究人员还将抓取装置与肌电假手集成在一起，这意味着假肢是通过肌肉活动来控制的。
该论文的合著者、杰克逊家族杰出人士海伦·黄 (Helen Huang) 表示：“这种夹具为使用现有假肢设备难以完成的任务提供了增强功能，例如拉上某些类型的拉链、捡起硬币等。”北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校生物医学工程联合系教授。
“新的抓手无法取代现有假手的所有功能，但它可以用来补充其他功能，”黄说。“剪纸夹具的优点之一是，您无需更换或增强机器人假肢中使用的现有电机。在使用夹具时，您可以简单地利用现有的电机。”
在概念验证测试中，研究人员证明剪纸夹具可以与肌电假肢结合使用，以翻书页并从藤蔓上摘下葡萄。
“我们认为夹具设计在机器人假肢、食品加工、制药和电子制造等领域具有潜在的应用前景，”尹说。“我们期待与行业合作伙伴合作，寻找利用该技术的方法。”
这篇论文“角度编程的卷须状轨迹使多功能夹具具有超精细、超强度和超精度”，以开放获取方式发表在《自然通讯》杂志上。该论文由北卡罗来纳州立大学博士后赵耀和李彦斌共同撰写;约瑟夫·伯曼，博士 北卡罗来纳州立大学的学生;池银鼎(Yinding Chi)，前博士生。北卡罗来纳州立大学的学生。
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