Обзор отрасли: Гуманоидные роботы – Ловкие руки: Усовершенствованная конструкция Tesla и важнейшая роль сенсорного восприятия

Ловкая рука должна обладать высокой грузоподъемностью, тактильным восприятием, высокой точностью управления движением и многостепенной подвижностью для выполнения разнообразных и сложных операций. Таким образом, гибкая рука является перспективной технологией и центральным элементом в проектировании человекоподобных роботов.

Компания Tesla модернизировала своего человекоподобного робота Оптимуса, оснастив его 22-степенной подвижной рукой, что почти вдвое превышает 11 степеней свободы предыдущего поколения. Этот значительный шаг вперед позволяет добиться более точных движений и манипуляций.

Судя по патентной заявке 2024 года, в конструкции руки третьего поколения от Tesla, вероятно, используется сухожильный привод с планетарными редукторами, шариковыми винтами и тросовыми соединениями. Двигатели и винты встроены в предплечье. Вращение двигателя преобразуется в линейное движение с помощью винта, который затем тянет сухожилие, соединенное с костями пальцев. Для компенсации деформации сухожилий, вызванной движением запястья, вокруг сухожилий намотаны жесткие пружины, аналогичные механизму в тормозных тросах велосипеда.

Компания Unitree Robotics — один из ведущих китайских разработчиков человекоподобных роботов. Ее роботы демонстрируют превосходные возможности управления движением и балансировки, хотя по точности и дизайну их ловкая рука все еще уступает роботу Tesla Optimus.

Недавно компания Unitree запустила собственный проект по разработке роботизированной руки и активно нанимает инженеров-программистов в области искусственного интеллекта, инженеров-механиков и специалистов по мехатронике. Это подчеркивает их стратегическую направленность на улучшение функциональности роботизированных рук как ключевого конкурентного преимущества.

Интеграция датчиков играет центральную роль в обеспечении ловкости роботизированных манипуляций. По мнению Цзивэй Ся и др., датчики для ловких рук подразделяются на внутренние и внешние. Обработка сенсорной информации происходит на трех уровнях: планирование, управление и обучение.

Встроенные датчики отслеживают положение суставов, прилагаемые усилия и крутящие моменты, обеспечивая обратную связь в реальном времени для уменьшения ошибок и повышения точности движений. Они необходимы для точного управления в динамических условиях.

Внешние датчики включают в себя датчики приближения, тактильные и мультимодальные датчики. Датчики приближения помогают оценить расстояние между рукой и целевым объектом на этапе приближения, а тактильные датчики обеспечивают физическую обратную связь о силах контакта и свойствах объекта при прикосновении.

На ранних этапах развития тактильные датчики были сосредоточены в основном на измерении силы и давления. Обычно они встраивались в кончики пальцев и использовали пьезоэлектрические эффекты для обнаружения многомерных сил. Однако им часто не хватало пространственного разрешения, и они испытывали трудности с определением места контакта.

Для решения этой проблемы все более распространены многоканальные тактильные датчики. Однако большинство из них являются одномодальными — они могут определять давление, но не температуру, текстуру или другие факторы окружающей среды.

Вот тут-то и пригодится электронная кожа. Мультимодальные датчики, способные собирать более широкий спектр типов данных, позволяют роботам воспринимать силу, температуру, текстуру и многое другое, имитируя человеческую кожу. В результате ожидается, что электронная кожа ускорит внедрение гибких роботизированных систем в различных отраслях промышленности.