Eine fünffingrige Hand mit großer Bewegungsreichweite des Daumens, die eine Kombination aus gefertigten Federn und Gelenken mit variabler Steifigkeit verwendet

核心概念

Eine Roboterhand wurde entwickelt, die sowohl eine hohe Bewegungsflexibilität als auch eine große Greifkraft aufweist, indem sie den Daumen-Sattelgelenk mit großer Bewegungsreichweite und die MP-Gelenke der Finger mit einem Mechanismus für variable Steifigkeit kombiniert.

摘要

In dieser Studie wurde eine fünffingrige Roboterhand entwickelt, die sowohl eine hohe Bewegungsflexibilität als auch eine große Greifkraft aufweist.

Zur Realisierung dieser Eigenschaften wurden zwei Schlüsselmechanismen entwickelt:

1. Daumen-Sattelgelenk mit großer Bewegungsreichweite: Durch die Kombination von drei gefertigten Federn konnte ein Gelenk mit zwei Freiheitsgraden (Opposition und Abduktion-Adduktion) mit einer sehr großen Bewegungsreichweite in einem begrenzten Bauraum umgesetzt werden.

2. Variable Steifigkeit der MP-Gelenke der Finger: Durch einen agonistischen Sehnenantriebsmechanismus kann die Steifigkeit der Abduktions-Adduktions-Bewegung der MP-Gelenke variiert werden. Dies ermöglicht es, die Finger an die Form von Objekten anzupassen und gleichzeitig Kräfte über die Seite der Finger zu übertragen.

Durch die Kombination dieser beiden Mechanismen konnte die entwickelte Hand verschiedenste Objekte greifen und große Lasten tragen, wie in Experimenten gezeigt wurde. Darüber hinaus konnte die Hand auch komplexe Bewegungen wie das Umlegen eines Hebels in einem Fahrzeug oder das Öffnen eines Türschlosses ausführen.

統計資料

Die Hand konnte eine Last von bis zu 400 N tragen, bevor ein Knoten riss und die Stange losgelassen wurde.

引述

"Die Kombination der beiden DOFs ermöglicht es der Daumenspitze, jede Position um die Handfläche und die Finger herum einzunehmen."
"Dieses Mechanismus kann die Gelenke nicht aktiv bewegen, aber es wird erwartet, dass die Finger den Objekten folgen können, wenn das Seil locker ist, um die Steifigkeit der MP-Gelenke zu verringern, und Kräfte über die Seite des Fingers übertragen können, wenn das Seil angezogen ist, um die Steifigkeit zu erhöhen."

從以下內容提煉的關鍵洞見

Five-fingered Hand with Wide Range of Thumb Using Combination of Machined Springs and Variable Stiffness Joints

by Shogo Makino... 於 arxiv.org 03-27-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.17452.pdf

深入探究

Wie könnte die Leistungsfähigkeit der Hand noch weiter gesteigert werden, z.B. durch den Einsatz von Sensoren zur Kraftmessung und Längenerfassung?

Um die Leistungsfähigkeit der Hand weiter zu steigern, könnten Sensoren zur Kraftmessung und Längenerfassung integriert werden. Durch die Implementierung von Kraftsensoren in den Fingern und der Handfläche könnte die präzise Erfassung der aufgebrachten Kräfte ermöglicht werden. Dies würde es dem Roboter ermöglichen, die benötigte Kraft beim Greifen von Objekten anzupassen und somit eine feinere Kontrolle über die Greifstärke zu haben. Darüber hinaus könnten Längensensoren in den Gelenken der Hand eingebaut werden, um die genaue Position und Bewegung der Finger zu überwachen. Dies würde eine präzise Steuerung der Fingerbewegungen ermöglichen und die Hand in die Lage versetzen, Objekte mit noch mehr Geschicklichkeit zu greifen und zu manipulieren.

Welche Herausforderungen gibt es bei der Integration einer solch komplexen Handstruktur in einen vollständigen Roboterkörper?

Die Integration einer komplexen Handstruktur in einen vollständigen Roboterkörper birgt verschiedene Herausforderungen. Eine davon ist die Koordination der vielen Aktuatoren, die für die Bewegung der Finger und Handgelenke verantwortlich sind. Die Synchronisierung dieser Aktuatoren erfordert eine präzise Steuerung, um die gewünschten Bewegungen der Hand zu erreichen. Zudem müssen die Sensoren zur Rückmeldung von Kraft und Position korrekt kalibriert und in das Steuerungssystem des Roboters integriert werden, um eine reibungslose Interaktion mit der Umgebung zu gewährleisten. Die mechanische Komplexität der Handstruktur erfordert auch eine robuste Konstruktion, um eine zuverlässige Leistung und Langlebigkeit des Roboters sicherzustellen.

Welche Anwendungen jenseits von Greifaufgaben könnten von den Fähigkeiten dieser Hand profitieren, etwa im Bereich der Mensch-Roboter-Interaktion?

Die Fähigkeiten dieser Hand gehen über Greifaufgaben hinaus und könnten in verschiedenen Anwendungen im Bereich der Mensch-Roboter-Interaktion von Nutzen sein. Zum Beispiel könnte die präzise Steuerung und Kraftregelung der Hand es einem Roboter ermöglichen, feine Montage- oder Reparaturarbeiten durchzuführen, bei denen eine genaue Handhabung von Werkzeugen erforderlich ist. Darüber hinaus könnten Roboter mit dieser Hand in der medizinischen Rehabilitation eingesetzt werden, um Patienten bei Übungen zur Wiederherstellung der Handfunktion zu unterstützen. In der Pflege könnten Roboter mit dieser Hand älteren Menschen helfen, indem sie ihnen beim Anziehen von Kleidung oder anderen alltäglichen Aufgaben assistieren. Die Vielseitigkeit und Präzision dieser Hand eröffnen somit ein breites Anwendungsspektrum im Bereich der Mensch-Roboter-Interaktion.