创新的形状和接触检测系统增强了 Continuum 机器人的安全性
日本先进科学技术研究所，日本石川
当人类触摸机器人时，机器人会改变其运动以避免碰撞。 （图片来源：JAIST 的 Van Anh Ho）在自然界中，许多生物都表现出非凡的灵巧性，例如具有灵活触手的章鱼或具有鼻子的大象。受这些自然结构的启发，研究人员旨在开发高度灵活的连续体机器人，提供坚固性和安全性。理想情况下，连续体机器人的特点是具有多个自由度 (DOF) 和关节数量，超过大多数任务所需的数量。这些特性使它们能够动态地调整和修改自己的形状，从而使它们能够避开障碍物和意外情况。然而，它们复杂的运动使得很难表征它们的形状和运动。
获得连续机器人运动学和动力学问题解决方案的传统分析技术依赖于复杂的建模，从而增加了计算成本。或者，可以使用连续体机器人内置的柔性传感器来跟踪它们的形状和运动，但这种方法需要许多低分辨率传感器，使系统变得笨重。更有前途的解决方案是在连续体机器人的末端采用单个传感模块。但此前该方向的研究大多集中在机器人的姿态上，并未涉及接触检测。
为了解决这一差距，由日本先进科学技术研究所 (JAIST) 副教授 Van Anh Ho 领导的日本研究团队开发了一种名为 ConTac 的新系统。该系统可以估计机械臂与软皮肤的形状和接触。
何博士表示，“该系统的最终目标是在连续体机器人中实现，但在这项研究中，我们专注于使用铰接式机械臂和软皮肤进行感知的感知。”该团队包括 JAIST 的博士生 Tuan Tai Nguyen 和 Quan Khanh Luu，以及河内 VNU-UET 大学的 Dinh Quang Nguyen 博士。
ConTac 系统由模仿连续体机器人弯曲的主干、带有标记的软皮肤、观察皮肤变形的摄像头、皮肤形状和接触传感模型以及接触感知控制机制组成。该系统可以应用于任何ConTac单元或任何其他具有相同机构和形式的机器人，无需任何校准。
ConTac 单元是一个组装的连续仿真机器人手臂，具有脊柱和柔软的皮肤。研究人员还为该系统开发了一种基于准入的控制器，该控制器使用感知信息来指导机械臂的运动。此外，ConTac 装置具有成本效益，并且可以用传统材料制造
该创新系统采用两种深度学习模型来进行软连续体皮肤的形状重建和接触检测。这些模型完全使用模拟图像进行训练，然后直接适应真实的机器人，无需微调，从而节省了时间和资源。该系统的可转移性在两个不同的 ConTac 装置上进行了测试，它们的性能相似，无需任何额外的调整。
Ho博士强调了这项研究的意义，“ConTac系统旨在用于各种机器人系统，而无需进行复杂的调整。我们系统配备的灵活机械臂非常适合智能农业和医疗保健服务，在这些服务中，机器人必须在有许多障碍的环境中导航并与人类安全地互动。它们的柔软性和灵活性与感知周围环境的能力相结合，使其非常适合与植物和患者互动。”
该框架中使用的传感和控制原理可以产生新的触觉传感器，可以连接到任何现有的机器人系统，为安全的人机交互提供新的传感和控制范例，而无需改变机器人的原始设计。 “想象一个每个机器人和机器都具有触觉的社会。这种转变将彻底改变工业和日常生活。”何博士说。
如需了解更多信息，请联系 Van Anh Ho：此电子邮件地址已受到垃圾邮件机器人保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。 +81 761-51-1584。
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