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耶鲁大学发布仿人手开源3D打印机械手设计

发布时间: 2015-02-28 07:01 来源: 天工社 作者: 网络 点击: 我要评论 条评论)

如今很流行用3D打印机来个人制作一些小型机器人,对于个人爱好者们来说,很难解决的就是如何让末端执行器(就是机器人的“手”)像人手那样活动。其实这个问题在大型机器人开发者那里同样存在。虽然人们想出了若干聪明的解决方案,但这些方法通常非常昂贵、几乎不可能定制和很难转移到其他装置上。

但耶鲁的科学家们不会轻易放过这一问题。在机械工程教授AaronDollar的领导下,该校Openhand项目提出了一个非常出色的3D打印解决方案。他们的手型设计,不仅非常容易复制且成本低廉,而且能够制造出非常实用的“手”,它能紧紧抓住各种小型和大型物体——即便是平躺在桌子上的硬币它也能很容易地捡拾起来。而且尤其重要的是,它是开源的。

据耶鲁大学研究人员透露,他们的项目原本就是希望有更多的人使用它,设计人员希望藉此使机器人设计出现有机演变。“这个项目打算打造一系列开源手的设计,并通过开源用户群体的贡献,产生大量有用的设计修改和变化提供给研究人员。”他们写道。首先提上日程就是机器人手,它必须是多用途的,拥有适合反复使用的功能。“因此,这个项目开发的手,设计必须简约、坚固耐用,尤其要适合反复迭代和在非结构化环境中运行。”

虽然号称简约,但他们的解决方案绝对很耐用。据天工社了解,他们拿出了一种转盘式柔绳传动(tendon-driven)的欠驱动手指设计。“这种欠驱动(underactuated)手能够根据接触物体的表面进行自适应调整,实现简单的抓握,而无需传感器或复杂的反馈系统。这个设计范例将致动和手指元素分离开来,从而能够实现更大程度的定制。”

虽然这些设计可能很昂贵,耶鲁大学研究团队却用3D打印、树脂浇铸和一点点的手工制作很容易就完成了。基本上,他们用3D打印制造系列塑料手指兼制作树脂模具。这些空心模具用树脂浇铸成型,然后固化和切割,从而制造出机械手的“肌腱”和指垫。整个制造过程可以在下面的视频中看到。

最终的结果是一系列多材料的手指,它们不仅强大而灵活,而且需要的紧固件和其它功能部件的数量是最少的。这些柔绳驱动的手指能够沿着物体的周围自然地蜷缩,同时均匀地分配它的力量,就像一个真人的手那样。手上的指垫也能轻松自如地拿起扁平或者很小的物体,如下面的视频所示。

而且,耶鲁出品,必为精品,这些柔绳驱动手指的开源软件和CAD文件已被设计为允许进行变量修改配置。“(这使得)用户能够快速改变功能参数(如链路长度、传输率)和制造参数(如外壳的厚度、孔尺寸),并能够调整所有相关部件。”耶鲁大学的研究团队写道。这意味着,创客们可以很容易地调整这个开源的机器人手设计,使其适应自己的项目。

事实上,为了展示这些设计的灵活性,耶鲁团队已经开发出了了基于同一机械原理的四个不同的端部执行器设计(见下图)。他们还设计了一个基本的手腕耦合系统,该系统完全对齐这些柔绳驱动手指。

如果你想尝试用这种3D打印/模铸造方法来制造出自己的抓握机器人,你可以到这里下载所有免费共享的文件。该链接还包括一些Python库,您可以用来修改CAD文件,以满足您自己的计划。欲了解更多相关信息,请点击这里。

下图是3D打印手指的其它应用:

耶鲁开源3D打印手指的其它应用:

(责任编辑:单刀)
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