由于Delta机器人精度高、速度快,被广泛应用于取放组装、机械加工、焊接和食品包装等多种工业流程中。从Reymond Clavel为巧克力工厂开发的第一个版本开始,Delta机器人使用三个独立控制的轻质手臂,引导平台在三个方向上快速准确地移动,将巧克力果仁糖快速放置在包装中。该平台既可作为舞台,类似于飞行模拟器中使用的平台,也可与操作装置耦合,例如,可以按照规定的模式抓取、移动和放置物体。随着时间的推移,机器人专家已经设计出越来越小的Delta机器人在有限的工作空间中完成任务,但是使用传统的制造技术和部件将其进一步缩小到毫米级已经证明是不可能完成的任务。

《科学机器人》杂志报道,由哈佛大学Wyss生物创新工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的Robert Wood团队开发的milliDelta机器人克服了这一小型化挑战。通过微加工技术和高性能复合材料,milliDelta集成了弯曲接头和弯曲致动器,可以高速、力量和微米精度进行操作,使其能够完成制造和医药领域的一系列微操作任务。

2011年,受到弹出书籍和折纸的启发,Wood团队开发了一种微制造方法,可以将平板复合材料机器人装配起来。弹性MEMS(“微机电系统”的简称)制造已经被用于构建动态厘米级机器,这种机器可以简单地走路,或者像RoboBee一样可以飞行。在他们的新研究中,研究人员将他们的方法应用于开发尺寸仅为15毫米×15毫米×20毫米的Delta机器人。

Wood表示,“缩放物理学告诉我们,缩小Delta机器人的尺寸将提高他们的速度和加速度,弹出式MEMS制造能够使用任何材料或材料组合,似乎是解决这个问题的理想方法。这种方法也使我们能够快速地完成许多迭代,最终制造出milliDelta。”Wood是Wyss研究所的核心教员,也是Bioinspired Robotics平台的联合负责人,还是SEAS的Charles River工程与应用科学教授。

Millidelta的设计采用了复合材料层合板结构的嵌入式弯曲关节,其复杂性接近于大型Delta机器人的关节。来自Wood团队的第一作者,Wyss研究所研究员Hayley McClintock表示,“在装配夹具的帮助下,这种层压板可以精确地折叠成毫米级的Delta机器人。milliDelta还利用压电致动器,使其能够以比现有Delta机器人高15至20倍的频率进行移动。”

019ednc20180119 milliDelta及其关键零部件。图片来源:McClintock et al., Sci. Robot. 3, eaar3018 (2018)

此外,研究小组还表示,milliDelta可以在大约7立方毫米的工作空间内工作,可以施加力量并显示出轨迹,这些轨迹与高频率一起可以使其成为工业拾放过程中的微观操作的理想选择,还可以在人眼上进行的显微手术如视网膜显微手术。

研究人员将milliDelta进行显微手术和其他显微操作首先进行了测试,还将他们的机器人作为手部震颤消除装置进行了探索。来自Wood团队的共同第一作者,SEAS博士后研究员Fatma Zeynep Temel博士说,“我们首先绘制了某个人拿着牙签尖端的路径,计算出这些路径,然后将它们馈入milliDelta机器人,这个机器人能够匹配和取消它们。” 研究人员认为,专门的milliDelta机器人既可以添加到现有的机器人设备上,也可以开发为独立的设备,例如在研究和临床实验室中操作细胞的平台。

“Wood团队的工作证明毫米级毫米级机器人的速度和控制得到了加强,为工业和医疗机器人开辟了一条全新的发展道路,这是现有技术无法实现的,这也是我们的仿生机器人技术平台引领未来的又一个例子。” Wyss研究所创始人Donald Ingber博士如是说,他也是HMS血管生物学Judah Folkman教授和波士顿儿童医院血管生物学项目的教授,以及SEAS生物工程学教授。

(原文发表于Aspencore旗下EDN姐妹媒体机器人网)

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