能打羽毛球又能击穿墙壁，戴上这款机械臂，秒变蜘蛛侠反派「章鱼博士」

贾浩楠 2020-06-22 08:20:55 来源：量子位

贾浩楠 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

穿戴式机械臂，除了帮助残障人士，还能做什么？

「轻」能打羽毛球，「重」能破墙拆房，从室内生活到高强度劳动，各种任务场景轻松拿下。

这个最新的穿戴式机械臂来自加拿大舍布鲁克大学，团队刚刚在机器人顶会ICRA 2020上公布了这项成果。

运动休闲、施工装修，无所不能「第三只手」

机械臂全名叫「基于磁流变离合器和静液压传输线的机械附肢」，使用时，需要第二个人在后方操作机械臂。

它可以辅助人们完成各种各样的动作，比如采摘水果：

类似这种轻拿轻放的任务，传统机械手也能完成，而这款机械臂的优势在于「可穿戴」，大大扩展了使用场景范围，与原先在固定台上的机械臂相比，真正具有了实用性。

此外，背在腰部的机械臂可以在较为危险的场景下，代替人手进行施工作业，提高安全系数。比如，在粉刷高处墙壁的场景中，可以直接把工具交给机械臂，人的双手牢牢扶住梯子：

对于较重的物品，比如装修用的角磨机、电钻等2-4kg物品，机械臂也能轻松取放：

2-4kg根本没发挥出机械臂的真正实力，把机械臂的手掌换成一个铁球，整个装置就成了破拆机，普通的木板、胶合板、玻璃都能击穿。

△完成任务还会默契地「击掌」

除了用在室内装修，它的最大价值就是紧急情况下的脱困逃生了。

机械臂还有一项绝活，「打羽毛球」：

可轻可重，「软硬兼施」，这款机械臂全面胜任生活助手和强劳动力的双重角色。

「第三只手」怎么造的？

机械臂全套系统由3部分组成：机械臂本体、电源集成、操纵杆。

首先是机械臂的基本数据

参数

值

机械臂重量（不含线束）

4.2kg

线束重量

2.5kg

电源集成质量

18kg

接合处1

接合处2

接合处3

接合处最大功率

1.5kW

1.5kW

1.5kW

接合处最大扭矩

35Nm

35Nm

35Nm

机械臂自重4.2千克，骨架由碳纤维和铝合金制成，接近一个成年男子单条手臂重量；由静态液压传输装置来驱动关节转动。这三个关节分别实现机械臂的全方位自由摆动。

电源集成由一台磁流变离合器和电脑组成，用来驱动液压装置给机械臂提供可调的动力。

参数如下：

参数

值

磁流变离合器最大扭矩

2Nm

液压传输线最大压强

2785（关节1、2）-2341（关节3）kPa

每个机器人关节由一个由电动机(KDE600XF-1100-G3，KDE Direct)组成的动力单元驱动（5.5kW) ，其中还包括两个定制磁流变离合器 ， 两个滚珠螺钉和两个主气瓶。

在每个电源单元中，电机用正时皮带（4.86：1）驱动两个离合器输入级。由线圈中的电流产生的磁场，按比例改变位于离合器的输入和输出阶段之间的磁流体的粘度，由此控制输入和输出级之间的扭矩，与输入电流形成线性关系。

离合器输入总是保持在滑动模式，有效地将电机的惯性与系统输出解耦，从而最大限度地提高动态性能。滚珠丝杠机构将输出扭矩转化为推动主缸活塞的线性动力，以调节静压线中的压力。

「手掌」，即夹持器，由三个相同的手指组成，长16厘米，直径0.9厘 米。每个手指由一个硅橡胶管织物的包裹层，和一个3D打印外骨骼构成。

这种织物呈径向刚性，轴向延伸。这种特性限制了管子在压力下的过度形变。外骨骼中的三个枢轴点将表面受压延伸转变为弯曲。

一个磁流体静态液压单元给「手指」供电，每个手指对单轴负载最大为30N(690kPa压力下测量)。

团队为机械臂严格设置了活动范围，避免它与使用者身体发生碰撞，保证安全。

这套机械臂不知有没有让你想起蜘蛛侠2中的经典反派「章鱼博士」？

他最炫酷的装备就是身后的机械臂了，既能痛扁蜘蛛侠，又能点烟倒茶。

如今加拿大这个团队把科幻电影的一幕搬到了现实中。

而这项研究最有价值的地方，在于将机械臂从特定的工业场景和医疗用途，扩展到了普通人的生活。

团队今后计划开发使用AI算法的控制系统，使机械臂更好的拟合人类的动作习惯。

「蜘蛛侠2」2004年上映，16年后，电影里的科幻场景已经成真。

艺术家的想象力，和科学家的知识技术，在共同推动人类的进步。

谁又能想到，下一个16年，会有多少科幻场景变成现实呢？

参考链接

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

— 完 —

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