Presentiamo Hydra Hand: un nuovo pinza robotica
La mano Hydra adatta la sua presa per vari oggetti con solo due motori.
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Indice
Le mani umane possono Afferrare un sacco di cose diverse perché sanno cambiare modo di prendere gli oggetti. Questa abilità di passare da una presa forte a un tocco delicato permette agli umani di tenere tutto, dai barattoli pesanti ai frutti delicati. Ma fare una mano robotica che faccia lo stesso è stato difficile. Molti robot hanno provato a risolvere questo problema aggiungendo più parti e sensori, ma questo può complicare il controllo e la sicurezza.
La Hydra Hand è un nuovo tipo di pinza robotica che risolve questi problemi in un modo diverso. Ha quattro dita e usa solo due motori per passare da una presa forte a una più delicata. Il design le permette di adattare la presa secondo la forma e la dimensione degli oggetti che tiene. Questo significa che può afferrare due oggetti contemporaneamente, rendendola uno strumento utile per una serie di compiti.
Come funziona la Hydra Hand
Una caratteristica notevole della Hydra Hand è la sua capacità di cambiare modalità. In una modalità, può stringere bene oggetti grandi e di forme strane. In un'altra, può tenere delicatamente oggetti piccoli o sensibili. Questo cambiamento avviene grazie al suo design intelligente, che include una base rotante che permette alle dita di cambiare posizione facilmente.
La Hydra Hand è stata testata con diversi oggetti per dimostrare che può essere versatile nella sua presa. È riuscita a prendere sia oggetti duri come attrezzi che oggetti più morbidi come vestiti. I test includevano il compito difficile di cogliere l'uva. La pinza ha prima afferrato un grappolo di uva e poi ha preso delicatamente un singolo acino senza danneggiarlo.
La sfida di imitare le mani umane
La principale sfida nel creare mani robotiche è abbinare la versatilità delle mani umane. A differenza delle mani umane, che possono adattarsi facilmente a qualsiasi forma o peso, le mani robotiche spesso hanno difficoltà in ambienti imprevedibili. Questo è dovuto a molti fattori, tra cui la difficoltà di giudicare diversi punti di contatto, la presenza di più oggetti e come adattarsi a forme inaspettate.
Molti ricercatori hanno provato a risolvere il problema aggiungendo più parti che possono muoversi in modo indipendente. Alcune mani imitano da vicino le dita umane, ma questo può rendere il controllo della pinza molto complicato. Una soluzione più semplice è usare meno parti mobili, ma progettarle in un modo che permetta una maggiore flessibilità.
La Hydra Hand utilizza un numero ridotto di parti mobili in modo intelligente. Invece di tanti motori, usa astuzia l'underactuation, dove un singolo motore può controllare diverse dita. Questo permette una vasta gamma di movimenti e semplifica notevolmente il controllo.
Il design della Hydra Hand
La Hydra Hand è progettata per somigliare a una mano umana in dimensioni e forma. Ogni dito è progettato per essere simile a quello di un adulto, il che aiuta ad afferrare gli oggetti in modo efficace. Il design include due tipi diversi di dita che aiutano sia con prese forti che precise. La base rotante consente alle dita di cambiare configurazione, rendendola adatta a diversi compiti di presa.
Le dita lavorano insieme a coppie, il che consente un movimento indipendente durante la presa. Quando le dita collaborano, possono adattarsi alla forma degli oggetti che stanno afferrando. Questo è importante quando si maneggiano oggetti di forma irregolare, garantendo una presa forte e sicura.
Testare le performance
La Hydra Hand è stata sottoposta a vari test per vedere quanto bene poteva afferrare diversi tipi di oggetti. Questi test hanno coinvolto la presa sia di oggetti solidi che di oggetti morbidi. Durante queste valutazioni, la pinza ha dovuto adattare la sua presa a seconda dell'oggetto che stava tenendo.
Per gli oggetti solidi, la Hydra Hand ha generalmente funzionato bene, afferrando con successo oggetti di varie dimensioni. Tuttavia, ha avuto qualche difficoltà con oggetti molto piccoli o piatti perché il suo design si basa sul fatto che le dita si incontrino in un certo punto. Questo può creare difficoltà in situazioni dove l'oggetto non presenta una chiara caratteristica di presa.
Quando si trattava di oggetti morbidi, la pinza ha dimostrato la sua versatilità. È riuscita ad afferrare vestiti e maneggiarli senza danneggiare il tessuto. La capacità di gestire diverse texture e dimensioni ha reso la Hydra Hand uno strumento efficace in questi scenari.
Tecniche di presa utilizzate
La Hydra Hand utilizza diverse tecniche di presa a seconda della sua modalità. In modalità di presa potente, le dita lavorano insieme per formare una presa forte attorno a un oggetto. Questo consente alla pinza di tenere in modo sicuro oggetti più pesanti e di forma irregolare.
D'altra parte, in modalità di precisione, la mano si adatta per fornire un tocco delicato. Questa modalità è essenziale per compiti come raccogliere singoli acini d'uva o altri oggetti piccoli e fragili. Il design garantisce che le dita possano afferrare tali oggetti saldamente senza schiacciarli.
Versatilità in azione
Una delle dimostrazioni più impressionanti delle capacità della Hydra Hand è stata durante il compito difficile di gestire l'uva. Utilizzando la sua modalità di presa sferica, è riuscita a racchiudere un grappolo d'uva senza esercitare troppa pressione, evitando danni. Dopo aver tenuto con successo il grappolo, la pinza è passata alla modalità di precisione per cogliere delicatamente un singolo acino.
Questa attenta transizione da una presa forte a un tocco delicato mette in mostra il design innovativo della Hydra Hand. La capacità di cambiare modalità con facilità le conferisce un vantaggio pratico in scenari reali dove sono richiesti diversi tipi di presa.
Sviluppi futuri
Per quanto la Hydra Hand si sia dimostrata efficace, ci sono ancora aree da migliorare. Sviluppi futuri si concentreranno su come aumentare la sua capacità di generare forze più forti mentre utilizza la modalità di precisione. Ci sono anche piani per esplorare come la pinza può essere utilizzata in compiti più complessi, come manipolare vari oggetti in un ambiente più dinamico.
Affinando il suo design e le sue capacità, la Hydra Hand potrebbe diventare uno strumento essenziale per varie applicazioni, dalla produzione alla sanità. La sua adattabilità e efficienza potrebbero aprire la strada a sistemi di presa robotica più avanzati che imitano ancora di più la destrezza delle mani umane.
Conclusione
La Hydra Hand rappresenta uno sviluppo entusiasmante nel campo della robotica. Combinando un design semplice con funzionalità avanzate, può switchare tra una presa forte e una manipolazione delicata con facilità. La sua capacità di gestire una vasta gamma di oggetti la rende uno strumento prezioso per molti compiti diversi.
Questa pinza innovativa mostra promesse nelle applicazioni robotiche dove la destrezza è fondamentale, e i suoi sviluppi futuri potrebbero ulteriormente migliorare le sue capacità. Continuando a migliorare il suo design, la Hydra Hand potrebbe giocare un ruolo significativo nell'evoluzione dei sistemi di presa robotici.
Titolo: The Hydra Hand: A Mode-Switching Underactuated Gripper with Precision and Power Grasping Modes
Estratto: Human hands are able to grasp a wide range of object sizes, shapes, and weights, achieved via reshaping and altering their apparent grasping stiffness between compliant power and rigid precision. Achieving similar versatility in robotic hands remains a challenge, which has often been addressed by adding extra controllable degrees of freedom, tactile sensors, or specialised extra grasping hardware, at the cost of control complexity and robustness. We introduce a novel reconfigurable four-fingered two-actuator underactuated gripper -- the Hydra Hand -- that switches between compliant power and rigid precision grasps using a single motor, while generating grasps via a single hydraulic actuator -- exhibiting adaptive grasping between finger pairs, enabling the power grasping of two objects simultaneously. The mode switching mechanism and the hand's kinematics are presented and analysed, and performance is tested on two grasping benchmarks: one focused on rigid objects, and the other on items of clothing. The Hydra Hand is shown to excel at grasping large and irregular objects, and small objects with its respective compliant power and rigid precision configurations. The hand's versatility is then showcased by executing the challenging manipulation task of safely grasping and placing a bunch of grapes, and then plucking a single grape from the bunch.
Autori: Digby Chappell, Fernando Bello, Petar Kormushev, Nicolas Rojas
Ultimo aggiornamento: 2023-09-26 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://arxiv.org/abs/2309.14266
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2309.14266
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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