機器人控制系統(tǒng) 用于在干燥和潮濕條件下抓取和釋放物體

工業(yè)機器人現(xiàn)在被廣泛使用，并且在汽車制造和其他領域中是必不可少的。傳統(tǒng)的機器人手適合于抓住固定形式的硬物，而不容易抓住復雜的物體或輕柔地抓住柔軟的物體。在各種條件下，還必須響應物體的物理特性，例如表面特性：干燥，潮濕等。

機器人手的軟表面指尖是可變形的并且可以相當容易地抓住復雜形狀的物體，因為接觸區(qū)域可以通過響應于物體形狀的表面變形而擴大。軟表面指尖在抓取柔軟物體方面非常有效; 甚至可以把豆腐抓住。然而，通常，軟材料的表面摩擦很高，這使得釋放更加困難。將物體釋放到期望的位置也是困難的，尤其是在工作空間狹窄的情況下。

由金澤大學Tetsuyou Watanabe教授領導的小組一直在研究用機器人手指尖抓取物體的控制技術。在本研究中，該小組旨在開發(fā)一種摩擦控制系統(tǒng)。該小組使用機器人手的柔軟指尖抓取物體; 通過施加(注入)潤滑劑完成釋放。在該研究中，使用無水乙醇(> 99.5%)作為潤滑劑，因為乙醇在化學上是安全的并且易于干燥，并且因為其表面張力低。

EMSFC在各種實驗條件下。目標材料是聚丙烯。通過圖1中所示的流體指尖抓住聚丙烯物體，并測量等效的最大 - 靜摩擦系數(shù)(EMSFC)* 2)以顯示潤滑劑的效果。(i)干燥：(ii-1)干燥，在抓取前注入潤滑劑：(ii-2)干燥，抓住后注入潤滑劑：(iii)用水潤濕：(iv-1)用水潤濕，在抓住前注入潤滑劑： (iv-2)用水潤濕，抓住后注入潤滑劑：(v)用鏈鋸油涂油：(vi-1)油性用鏈鋸油，在抓住前注入潤滑劑：(vi-2)油性用鏈鋸油，抓握后注入潤滑劑。在干燥和潮濕條件下驗證了潤滑劑無水乙醇的效果。圖片來源：金澤大學

如圖1所示，將丁腈橡膠薄膜粘合到指尖基礎的側面，以形成填充鏈鋸油的空間，從而形成“ 流體指尖”。然后粘合硅樹脂“ 紋理 ”以涂覆橡膠膜; “質地”的材料是帶有狹縫的硅酮密封膠，其間隔為1.5mm，垂直于負荷方向。在水濕條件下引入狹縫以獲得更大的摩擦并且潤滑劑擴散。使用這種流體指尖，抓住用于廚房用具的各種材料的物體，并且證實在施加潤滑劑時，摩擦力確實減小(圖2)。在干燥和潮濕的條件下，摩擦力都會降低，

接下來，如圖3所示進行盒子包裝任務模擬。從兩側用兩個流體指尖抓住紙盒。將上述“紋理”粘合到每個流體指尖。通過在紙箱上放置重物來確認穩(wěn)定的抓握。除去重物后，將潤滑劑注入兩個流體指尖，這導致紙箱在相當短的時間內(小于2.5秒)向下滑動，從而完成紙箱包裝任務(圖3)。如此處所示，高摩擦的“質地”粘合到流體指尖，并且注入潤滑劑(這里是無水乙醇)減少了摩擦。因此，通過在不移動指尖的情況下控制摩擦來實現(xiàn)將物體釋放和放置在期望位置。

在該研究中，證實了通過施加合適的潤滑劑可以控制具有高摩擦力的軟表面流體指尖的物體抓取。然而，有必要在各種條件下進行更多實驗，以便將當前的控制技術應用于制造環(huán)境。盡管如此，這項研究預計將是實現(xiàn)工作自動化的一個進步，例如，在狹窄空間中抓取和釋放物體。