北京理工大學民用技術—機械運載—一體化柔性關節及仿人柔性機械臂
出處:本站原創   發布時間:2015-11-13 16:35:14    您是第0位瀏覽者


    成果簡介: 本項目研制的柔性一體化關節采用機電一體的模塊化設計,具有高力矩穩定輸出(輸出力矩70Nm),高集成化(機構、驅動電路和通信模塊集成于關節之中)、互換性好(肩、肘關節可直接替換)、可靠性高等特點,適合于大規模生產,可以降低機械臂成本,具有極大的市場推廣價值。關節內部含有彈性環節,存在內在柔性,當與環境或人接觸時,可以保證人不受傷害以及機械臂自身的安全性。同時,可以測量關節的輸出力矩,獲得比傳統關節更好的力控制精度與穩定性。

本項目在柔性一體化關節的基礎上研制了仿人柔性機械臂,該機械臂采用仿人類手臂的構型的結構設計,具有4個自由度(肩部3個,肘部1個),其長度與人類手臂長度相仿。通過阻抗控制技術可以使機械臂模擬出人類手臂可“柔”可“剛”的肌肉特性,從而使機械臂可以在非結構化環境中,安全地與環境和人類進行交互。該機械臂適于作為與人類接觸使用的專用設備或者應用于服務型機器人和空間機器人領域。目前,項目組已將該機械臂應用于按摩治療領域,并搭建出腰痛中醫點按機器人平臺。腰痛中醫點按機器人可以逼真地模擬出醫師完成點按揉、指揉、彈撥和推法4種按摩手法,假體實驗和臨床實驗結果表明機器人與醫師的按摩治療效果相仿。

? 項目來源:國家自然基金

? 技術領域:信息技術

? 應用范圍:服務型機器人

? 現狀特點:國內領先、國際先進

? 技術創新:研制了具有內在柔性和力矩測量的一體化關節,可以通過該關節快速地搭建出仿人機械臂,使機械臂在完成作業的同時可以在非結構化環境中安全地與人類和環境進行交互,為機器人與人類和諧相處提供了新的解決方案。

? 所在階段:原理樣機

? 成果知識產權:申請發明專利4項

? 成果轉讓方式:合作開發/技術轉讓

? 市場狀況及效益分析:

   市場狀況:服務型機器人以及可使用在非結構化環境中的機器人是現在機器人研究的熱點,也是社會關注的焦點。傳統的剛性工業機器人構建傳感器壁壘,采用柔順控制算法實現對環境的柔順性。但是,由于受到傳感器測量帶寬和計算機速度限制,無法對快速沖擊碰撞及時響應,導致機械臂作業過程的安全性難以保障,目前一般還是應用在與人類隔絕的環境中,很難真正地與人類和諧相處。

   基于上述原因,國內外鮮有產品化、實用化的服務型機器人出現。近年來,隨著機器人技術研究的深入,具有內在柔性的關節受到國外科研人員的關注并成為機器人發展的一個重要分支,國外的研究已經初步達到了市場化的程度,而國內實用化方面的研究工作還有待深入。因此,將柔性關節和仿人柔性機器人產品化對促進我國的機器人技術具有極大的意義,其研究成果可以使國內服務機器人從性能和質量方面踏上一個新的臺階,擁有廣闊的國內和國際市場。

效益分析:本項目所研制的一體化柔性關節采用機電一體的模塊化設計,具有高內聚、高集成化、高輸出力矩和內在柔性等特點,可以快速地搭建出可與人類或環境安全接觸的服務型機器人,具有很高的市場推廣價值,通過相關技術轉化會產生較大的經濟效益。

   本項目所研制的仿人柔性機器人可以應用于與人類安全接觸的如按摩、康復等操作的服務機器人領域,具有安全性、友好性、便于快速安裝維修等特點,可以實現具有中醫特色的主動按摩。另外,還可以應用在安裝、維修、裝配等需要與人類密切協調的場合。因此,通過對相關技術的轉化,可以改變現機器人很難與人類和諧相處的局面,從而產生巨大的經濟和社會效益。

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