机械手系统将创造未来,系统中起着核心作用的是人形手爪和轻型结构臂。Schunk 集团开发的机械手有4个相同的手指和可负荷10kg的轻型结构臂。
机械手的一个手指像人的拇指一样, 上面共有 65个模拟传感器
在不久的将来,科幻影片中的情节将成为事实:已经熟悉工作环境的机器人将能够进行独立而且有目的的活动 , 如处理事务、 开门等。 这些机器人可以完成重要的任务, 只不过不同的是它们不是演员, 而是在为人类做非常具体的服务工作。 这种服务型机器人的用途非常广泛, 从寻找地震遇难者的搜索机器人到帮助中风患者重新学习活动的康复训练机器人。
服务型机器人的经济潜力到底有多大? 你可以阅读一下“ International Federation of Robotics(IFR) Studie W orldRobotics 2006” 看能否找到答案。 按文中预计,到2009年全世界专业用途的机器人将达到34000 台, 而2006~2009 年私人用如吸尘或割草的机器人数量大约为 560万台。 这些机器人不一定非要做成人的形状, 重要的是它们要配有一个传感器, 收集必要的参数。另外, 还需要足够高的机械智慧,从而按照所得的参数做出适当的反应。
Schunk 销售部经理 Strefen Hönlinger 先生断定:“ 要使机器人技术发展成熟还有庞大的开发工作需要进行。” 柏林 Amtec Robotics 公司是 Schunk 集团下属的一个企业, 从事该课题的研发。
Schunk 集团为人形手开发了小系列抓取系统
Amtec 总裁 Roland Tschakarow 先生谈及开发时说:“ 抓取技术对服务型机器人来说意义重大, 因为只有当机器人能够抓取物品或移动物品的时候才能全天候的帮助人工作。” 例如, 当机器人要协助一个人工作, 这个过程中它也许需要为一个病人递一杯水或为一个盲人打开房门, 此时抓取功能就起着核心作用。
工业手爪的灵活性不够
工业用的机械手爪不适合服务型机器人, 因为它们都是为重复性的工作或抓取类似物品而设计的。 工业手爪的灵活性不够,因此我们需要一个全能的、 灵活性和功能都无以伦比的以人类手为样板的抓取器。
按照这一样板, Schunk公司的研发工程师们, 与德国航空航天的专业人员和哈尔滨工艺研究所的科学家们一起,共同开发人手形抓取系统。 他们生产的机械手 SAH( Schunk Anthropomorphe Hand) 能够安装到服务型机器人上。
Roland Tschakarow 先生解释说:“ 在开发 SAH 机械手时,我们的目标主要是, 针对服务型机器人越来越重要的用途, 开发小系列可靠、 价格便宜的抓取系统。 对人手形机器人要在相互影响中逐步消除人们的接触恐惧感。”
轻 型 结 构 手臂 LWA3 的自重和负荷比例2: 1
按照 Strefen Hönlinger 先生的观点, Schunk 机械手在机械与电子结合中取得了杰出的成果。 机械手由 4 个同样的手指组成, 每个手指都有 4 个关节。 一个手指像人类拇指那样安装并通过第 5个关节位于相向的位置上, 以便于可靠地抓取物品。 由于拇指可以分别安装在手掌左右两侧, 所以既可以作为左手, 也可以作为右手来使用。
机械手上装有 65 个模拟传感器和 4 个可选指形传感器, 这样每个关节都可以指向一个非接触磁性角度传感器和一个扭矩传感器。 这些传感器把每个关节的力和位置参数都准确地收集起来, 并且传输到一台计算机的控制系统中, 从而就可以非常轻松地指挥机械手了。 只有当手形爪和 SAH 手如同样板那样安装在可以活动的手臂上, 而且真正充分发挥功能时, 它们才具有实际意义。 传统的机器人手臂不适合
这类用途, 因为它们是为固定用途开发的, 发动机耗能大, 只能短时间靠电池维持活动。 另外与负荷相比,它们的重量也相当高,以至于必须移动很多配重。
Amtec 总裁补充说:“ 服务型机器人手臂必须重量轻、 结构坚固, 而且噪声小, 以便于它们能够适应人类环境。 例如, 我们开发的第 3 代轻型手臂 LWA3, 就在很大程度上克服了传统机器人手臂的缺点。”
转向单元同时组成关节
LWA3 手臂的核心组件是伺服电动 PRL 转向单元, 这些单元使手臂活动, 同时组成关节。 紧凑的转向单元是集成化的杰作,在最小的空间里集成了成套的电子系统和控制系统、 一个功能强大、 可以连续供电的伺服电动机、一个制动机、 轴承、 齿轮箱和一个测定关节工位的绝对值传感器。
人形手只有安装在可以活动的手臂上时才能充分发挥功能
规格为 60 ~ 100mm 的 4 种直径的 PRL 模块, 能够组成 7 种自由度等级的手臂结构系列。 非常紧凑的结构和轻且坚固的材料,LWA3 从原来 3 倍的荷载达到现在的 10kg。 手臂的自重和负荷比例优于 2: 1。
轻型臂可以用于重复性高而且 精 确 性 高 的 工 作。 2006 年 在Essen 举行的 Security 安全展览会上, Robowatch 公司展出了一款可移动的机器人, 通过远程控制可以检查包箱,并且可以用于拆除炸弹。
LWA3 不仅可以用于移动的机器人系统, 而且还可以用于工业领域固定的机器人系统。 其中一个案例是制药业实验室自动化诊断, 在那里机器人可以直接在人们身边工作, 或者在同样需要紧凑结构和高度准确性的自动试验站、 检察和质量保证部门。
目前,伺服机器人技术尚处于初始阶段, 德国毫无疑问在开发这项未来技术方面具有领先的地位, 这一因素也必将成为Schunk 集团未来创新的优秀组成部分。
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