能打羽毛球又能擊穿墻壁，戴上這款機械臂，秒變蜘蛛俠反派「章魚博士」

賈浩楠 2020-06-22 08:20:55 來源：量子位

賈浩楠 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

穿戴式機械臂，除了幫助殘障人士，還能做什么？

「輕」能打羽毛球，「重」能破墻拆房，從室內生活到高強度勞動，各種任務場景輕松拿下。

這個最新的穿戴式機械臂來自加拿大舍布魯克大學，團隊剛剛在機器人頂會ICRA 2020上公布了這項成果。

運動休閑、施工裝修，無所不能「第三只手」

機械臂全名叫「基于磁流變離合器和靜液壓傳輸線的機械附肢」，使用時，需要第二個人在后方操作機械臂。

它可以輔助人們完成各種各樣的動作，比如采摘水果：

類似這種輕拿輕放的任務，傳統機械手也能完成，而這款機械臂的優勢在于「可穿戴」，大大擴展了使用場景范圍，與原先在固定臺上的機械臂相比，真正具有了實用性。

此外，背在腰部的機械臂可以在較為危險的場景下，代替人手進行施工作業，提高安全系數。比如，在粉刷高處墻壁的場景中，可以直接把工具交給機械臂，人的雙手牢牢扶住梯子：

對于較重的物品，比如裝修用的角磨機、電鉆等2-4kg物品，機械臂也能輕松取放：

2-4kg根本沒發揮出機械臂的真正實力，把機械臂的手掌換成一個鐵球，整個裝置就成了破拆機，普通的木板、膠合板、玻璃都能擊穿。

△完成任務還會默契地「擊掌」

除了用在室內裝修，它的最大價值就是緊急情況下的脫困逃生了。

機械臂還有一項絕活，「打羽毛球」：

可輕可重，「軟硬兼施」，這款機械臂全面勝任生活助手和強勞動力的雙重角色。

「第三只手」怎么造的？

機械臂全套系統由3部分組成：機械臂本體、電源集成、操縱桿。

首先是機械臂的基本數據

參數

值

機械臂重量（不含線束）

4.2kg

線束重量

2.5kg

電源集成質量

18kg

接合處1

接合處2

接合處3

接合處最大功率

1.5kW

1.5kW

1.5kW

接合處最大扭矩

35Nm

35Nm

35Nm

機械臂自重4.2千克，骨架由碳纖維和鋁合金制成，接近一個成年男子單條手臂重量；由靜態液壓傳輸裝置來驅動關節轉動。這三個關節分別實現機械臂的全方位自由擺動。

電源集成由一臺磁流變離合器和電腦組成，用來驅動液壓裝置給機械臂提供可調的動力。

參數如下：

參數

值

磁流變離合器最大扭矩

2Nm

液壓傳輸線最大壓強

2785（關節1、2）-2341（關節3）kPa

每個機器人關節由一個由電動機(KDE600XF-1100-G3，KDE Direct)組成的動力單元驅動（5.5kW) ，其中還包括兩個定制磁流變離合器 ， 兩個滾珠螺釘和兩個主氣瓶。

在每個電源單元中，電機用正時皮帶（4.86：1）驅動兩個離合器輸入級。由線圈中的電流產生的磁場，按比例改變位于離合器的輸入和輸出階段之間的磁流體的粘度，由此控制輸入和輸出級之間的扭矩，與輸入電流形成線性關系。

離合器輸入總是保持在滑動模式，有效地將電機的慣性與系統輸出解耦，從而最大限度地提高動態性能。滾珠絲杠機構將輸出扭矩轉化為推動主缸活塞的線性動力，以調節靜壓線中的壓力。

「手掌」，即夾持器，由三個相同的手指組成，長16厘米，直徑0.9厘 米。每個手指由一個硅橡膠管織物的包裹層，和一個3D打印外骨骼構成。

這種織物呈徑向剛性，軸向延伸。這種特性限制了管子在壓力下的過度形變。外骨骼中的三個樞軸點將表面受壓延伸轉變為彎曲。

一個磁流體靜態液壓單元給「手指」供電，每個手指對單軸負載最大為30N(690kPa壓力下測量)。

團隊為機械臂嚴格設置了活動范圍，避免它與使用者身體發生碰撞，保證安全。

這套機械臂不知有沒有讓你想起蜘蛛俠2中的經典反派「章魚博士」？

他最炫酷的裝備就是身后的機械臂了，既能痛扁蜘蛛俠，又能點煙倒茶。

如今加拿大這個團隊把科幻電影的一幕搬到了現實中。

而這項研究最有價值的地方，在于將機械臂從特定的工業場景和醫療用途，擴展到了普通人的生活。

團隊今后計劃開發使用AI算法的控制系統，使機械臂更好的擬合人類的動作習慣。

「蜘蛛俠2」2004年上映，16年后，電影里的科幻場景已經成真。

藝術家的想象力，和科學家的知識技術，在共同推動人類的進步。

誰又能想到，下一個16年，會有多少科幻場景變成現實呢？

參考鏈接

https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/robotic-third-arm-can-smash-through-walls論文原址：https://ieeexplore.ieee.org/document/8962256/metrics#metrics

— 完 —

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