让机器人更灵活地掌握

工厂里的大多数机器人都是相当笨手笨脚的:装备有大钳子或爪子，它们的设计目的是执行简单的操作，比如抓住一个物体，然后把它放在装配线上的其他地方。更复杂的动作，比如调整对物体的抓地力，对许多工业机器人来说仍然遥不可及。

麻省理工学院的工程师们现在想出了一种方法，利用环境作为帮助之手，使简单的机器人握力更灵巧。由机械工程助理教授Alberto Rodriguez和研究生Nikhil Chavan-Dafle领导的团队开发了一个模型，可以预测机器人抓手在环境中推动各种固定装置以调整其对物体的抓握所需的力。

例如，如果一个机器人抓手的目标是在铅笔的中点抓起铅笔，但却抓住了橡皮的末端，它可以利用环境来调整抓手。罗德里格斯的模型使机器人无需松开铅笔再试一次，而是稍微松开它的握力，将铅笔推到附近的墙上，刚好足以让机器人的握力滑动到铅笔的中点。

罗德里格斯将机器人与环境合作以提高灵巧性称为“外在灵巧性”，而不是人手的内在灵巧性。要以类似的方式调整对铅笔的握感，一个人可以用一只手，简单地将手指向铅笔中心爬行。但是给机器人的手编程这种内在的灵巧是非常棘手的，而且会大大提高机器人的成本。

通过罗德里格斯的方法，现有的机器人在制造业、医药、灾害响应和其他基于抓手的应用可能与环境相互作用
执行更复杂的操作成本效益。

罗德里格斯说:“(在机器人技术领域)模仿人手仍然是一个非常有效的方向。”“但如果你买不起价值10万美元、使用起来非常复杂的手，这种(方法)可以给非常简单的手带来一些灵活性。”

Rodriguez和Chavan-Dafle将在9月份的智能机器人与系统国际会议上发表一篇论文，详细介绍他们的新方法。

推动机器人技术

罗德里格斯目前正在探索多种方法，可以利用环境来提高简单的机器人抓手的灵活性。在正在进行的工作中，他的团队正在寻找机器人利用重力来投掷和抓住物体的方法，以及桌面等表面如何帮助机器人在手指间滚动物体。

在这篇最新的论文中，该小组研究了一种被称为“抓握推”的外部灵巧性方法——利用环境中的固定装置来操纵被抓的物体。

罗德里格斯说:“我们把抓手不具备的灵活性外包给了环境和手臂。”“灵巧不是手固有的，而是外部的，在环境中。”

研究人员开发了一个模型，描述了抓手、被抓物体和不同类型的外部固定装置(如角、边或表面)之间的有力相互作用。为了预测当夹持器将物体推到给定夹具上时，物体如何移动，研究人员设计了模型，考虑了各种因素，包括夹持器与物体之间的摩擦力，物体与环境之间的摩擦力，以及物体的质量、惯性和形状。

在当前的迭代中，该模型预测了抓手必须对物体和环境施加的力，以便将物体机动到所需的方向。例如，机器人应该多紧地抓住一根棒子，以及它必须用多大的力度将棒子推到一个点上，才能将棒子旋转45度?

Rodriguez和Chavan-Dafle用实际实验测试了模型的预测，他们用一个简单的双指夹持器来操纵一根短杆，要么滚动，要么旋转，要么在三个固定装置上滑动:一个点，一条线和一个平面。研究小组测量了机器人在将杆移动到所需方向时施加的力，并将实验力与模型的预测力进行了比较。

“协议很好，”罗德里格斯说。“我们已经验证了这个模型。现在我们在计划方面工作，看看如何计划运动来产生特定的轨迹。我们未来想要问的问题之一是:如何设计环境中的固定装置，使机器人的运动更可靠，执行得更快?”

最终，罗德里格斯认为，外部灵活性是一种廉价的方法，可以让简单的机器人在各种用途上更加灵活:外科手术机器人可以把手术刀推到手术台上调整抓地力，而现场的法医机器人可以把证据放在附近的岩石上，以便更好地检查它。

罗德里格斯说:“对机器人和研究界来说，开发环境现在和将来都很重要。”“任何在有效载荷、成本或复杂性方面有限制的应用，比如制造业、外科手术、野外操作，甚至太空探索——只要你的手不像人手那么灵巧，这种方法就能让你变得灵巧一些。”

这项研究部分得到了美国国家科学基金会(NSF)的支持。

麻省理工学院

www.mit.edu

-由克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．看到额外的控制工程机器人的故事．

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