麻省理工学院的研究人员创建了一个交互式设计管道，它简化了用触觉传感器定制机器人手的过程。googletag。命令。push（function（）{googletag.display（'div-gpt-ad-1453799284784-2'）；}）；通常，机器人专家可能会花费数月的时间手动设计定制操纵器，主要是通过反复试验。每次迭代都可能需要新的部件，这些部件必须从头开始设计和测试。相比之下，这种新管道不需要任何手动装配或专业知识。
与使用数字乐高积木进行建筑类似，设计师使用该界面从一组保证可制造的模块化组件构建机器人操纵器。用户可以调整机械手的手掌和手指，根据特定任务进行裁剪，然后轻松地将触觉传感器集成到最终设计中。
设计完成后，软件会自动生成3D打印和机器编织文件，用于制造机械手。触觉传感器通过针织手套与机器人手紧密配合。这些传感器使操纵器能够执行复杂的任务，例如拾取精致的物品或使用工具。
首席作者劳拉·兹洛卡帕（LaraZlokapa）将于今年春天毕业，获得机械工程硕士学位。她说：“这条管道最令人兴奋的一点是，它使设计能够为普通观众所接受。与其花数月或数年的时间进行设计，并投入大量资金进行原型制作，你可以在几分钟内完成一个工作原型。”。
Zlokapa的顾问是计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）教授Pulkit Agrawal，以及电气工程和计算机科学教授Wojciech Matusik。其他合著者包括CSAIL研究生罗一岳和徐杰，机械工程师迈克尔·福谢，以及腾讯美国的高级研究科学家奎武。这项研究正在机器人和自动化国际会议上发表。
对模块化的思考
在开始开发管道之前，Zlokapa停下来考虑模块化的概念。她希望创建足够多的组件，让用户能够灵活地进行混合和匹配，但不会太多，以至于他们被各种选择弄得不知所措。
她创造性地思考了组件功能，而不是形状，并想出了大约15个部件，可以组合成数万亿个独特的操纵器。
然后，研究人员专注于构建一个直观的界面，用户可以在其中混合和匹配3D设计空间中的组件。一组生成规则（称为图形语法）控制用户如何根据每个组件（如关节或指轴）的装配方式组合各个部件。
她解释道：“如果我们将其视为一个乐高套件，您可以将不同的积木组合在一起，那么语法可能类似于‘红色积木只能放在蓝色积木之上’和‘蓝色积木不能放在绿色积木之上’。图形语法使我们能够确保每一个设计都是有效的，这意味着它具有物理意义，您可以制造它。”。
用户创建操纵器结构后，可以对组件进行变形，以针对特定任务对其进行自定义。例如，可能操纵者需要更细的手指来处理办公室剪刀，或者需要弯曲的手指来抓瓶子。
在此变形阶段，软件用数字框架围绕每个组件。用户通过拖动每个框架的角来拉伸或弯曲组件。系统会自动约束这些移动，以确保各部件仍能正确连接，并且成品设计仍能制造。
非常合身
定制后，用户识别触觉传感器的位置。这些传感器被集成到一个针织手套中，该手套牢固地安装在3D打印机械手周围。手套由两层织物组成，一层包含水平压电纤维，另一层包含垂直纤维。压电材料受到挤压时会产生电信号。在水平和垂直压电纤维相交处形成触觉传感器；他们将压力刺激转化为可以测量的电信号。
兹洛卡帕解释说：“我们使用手套是因为它们易于安装、更换，如果我们需要修理手套内的任何东西，它们也很容易取下。”。
此外，有了手套，用户可以用触觉传感器覆盖整只手，而不是像其他机器人一样（如果他们有触觉传感器的话）将其嵌入手掌或手指中。
设计界面完成后，研究人员为四项复杂任务制作了定制操纵器：捡起鸡蛋、用剪刀剪纸、从瓶子里倒水和拧入蝶形螺母。例如，翼形螺母操纵器有一个加长的偏移手指，可以防止手指在转动时与螺母发生碰撞。成功的设计只需要两次迭代。
在测试过程中，抓蛋机械手从未打破或掉落鸡蛋，剪纸机械手可以使用比文献中现有机械手更广泛的剪刀。
但在测试操纵器时，研究人员发现，由于针织纤维的编织不均匀，传感器会产生大量噪音，从而影响其准确性。他们现在正在研制更可靠的传感器，以提高机械手的性能。
研究人员还想探索额外自动化的使用。由于图形语法规则是以计算机可以理解的方式编写的，因此算法可以搜索设计空间，以确定特定任务机械手的最佳配置。Zlokapa说，通过自主制造，整个原型制作过程可以在没有人为干预的情况下完成。
“现在我们有了一种让计算机探索这个设计空间的方法，我们可以努力回答这样一个问题，‘人手是做日常任务的最佳形状吗？’也许有更好的形状？或者我们想要更多或更少的手指，或者手指指向不同的方向？这项研究并没有完全回答这个问题，但它是朝着这个方向迈出的一步，”她说。进一步探索