全球最小机械臂“蜘蛛手”问世,准到毫厘间,快到看不见!

机器人大讲堂2018-07-31 07:07:14


前些天我们介绍过身手敏捷的“蜘蛛精”机器人HEXA,

而今天的主角,

是拥有出色的运动速度和精确度的,

 “蜘蛛手”机器人——milliDelta,

它是有史以来体积最小、移动速度最快、移动精度最准确的机器人之一,

是delta机器人的一个极端案例,

尺寸规格只有15x15x20毫米。



Delta机器人具有的极强的速度和灵活性,

使它们可以在装配线得到广泛运用,

然而这种工作往往需要很大的空间。


(delta机器人分拣饼干视频)


世界上第一台delta机器人服务于巧克力工厂,

用于将果仁糖放入包装中。

与关节中拥有舵机的普通机器人不同,

delta机器人由一个中心基站控制。

机械臂排列成三角形构造,每只手臂可以非常轻,

不需要非常大的力就可以驱动。



并且,delta机器人的动作一般由压电执行器控制,

而非传统的电动舵机。

施加电压时,压电材料会出现膨胀或收缩现象。

就如milliDelta的手臂,

一侧带正电,另一侧带负电。

电流流过时,

机械臂因一侧膨胀、另一侧收缩而出现弯曲。



milliDelta是由哈佛大学Wyss生物创新工程研究所

和John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的Robert Wood团队开发的,

研究人员Hayley McClintock说,

现存的delta机器人动作频率大多在10赫兹 (次/秒) 以内,

而milliDelta可达75赫兹,

是其他delta机器人的15-25倍。

来看1赫兹下milliDelta的垂直运动


35赫兹下的垂直运动


milliDelta能像其他delta机器人一样,

完成拾取装贴工作,

只不过可以在更小的空间内,

执行对精确度要求更高的任务。

1赫兹下milliDelta的圆周运动


75赫兹下的圆周运动


它的机身由一个复合层压结构和多个柔性接头制成,

重量非常轻,

能够在小至7立方毫米的空间内运行,

且能将精准度控制在5微米。

1赫兹下的H型轨道运动,

精确又快速


1赫兹下的五角星型轨道运动,

快看不清了


20赫兹下的五角星型轨道运动,

瞬间凌乱


MilliDelta还用到了一种叫做弹出式微机电系统(MEMS)的制造技术,

这个技术是哈佛Wyssyan研究所的研究小组在2011年开发的,

用于微型机器人的扁平制造技术,

在过去的几年时间里,研究人员也曾将这种想法付诸行动,

我们之前介绍过的敏捷的蜜蜂机器人Robobee

也用到过这种技术。



MilliDelta这个小小的机械臂可以模仿其更大的兄弟姐妹的各种应用,

比如挑选和包装微小物体,

像实验室里的电子部件、电池,

或充当显微外科手术的“稳定手”,

完成制造和医药领域的一系列微操作任务。



据悉,在眼科手术中,

也可以将milliDelta安装在手术工具末端,

用于抵消医务人员手部颤动,

就像为帕金森氏症患者提供帮助的可自我稳定的汤匙。

目前,MilliDelta已经完成了它的第一个手术,

参与了一个治疗人类首部震颤的设备测试。

相关研究报告已经发表在《Science Robotics》。

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