La pneumatique propulse les mains douces

Les pinces robotiques conventionnelles à «doigts» rigides ont tendance à être coûteuses, ont des capacités limitées et ne sont pas particulièrement adaptées pour manipuler en toute sécurité des objets délicats. Pour surmonter ces obstacles, les chercheurs du laboratoire de robotique et de biologie (laboratoire RBO) de l'université technique de Berlin développent des préhenseurs robotiques souples qui sont adaptatifs, simples et peu coûteux. Le but ultime est d'imiter étroitement les actions d'une main humaine.

Entre autres projets, le laboratoire RBO effectue des recherches de base sur la façon de créer et de contrôler ce qu'ils appellent les mains douces. L'objectif principal est de concevoir des actionneurs souples robustes, personnalisables et efficaces et la technologie de contrôle associée.

Selon les responsables du laboratoire, les actionneurs électromécaniques traditionnels construits à partir de composants tels que les moteurs, les engrenages, les tendons et les maillons sont sujets à l'usure, nécessitent de nombreuses pièces et sont difficiles à assembler. Cela rend les robots résultants coûteux et, pour la plupart des applications, inabordables.

Les mains douces représentent un écart par rapport à la conception classique de la main du robot car elles exploitent spécifiquement la conformité mécanique couplée à des stratégies de contrôle sophistiquées. Les mouvements des doigts sont alimentés par de l'air comprimé. L'objectif est de rendre la saisie simple, flexible et adaptable tout en sacrifiant un positionnement ultra précis qui n'est pas nécessaire dans de nombreuses applications.

Le laboratoire a développé plusieurs prototypes. La dernière version est surnommée la main RBO 2, qui serait une main anthropomorphe peu coûteuse, hautement conforme et adroite. Les doigts, appelés actionneurs PneuFlex, sont fabriqués en caoutchouc de silicone renforcé de fibres en utilisant des processus de fabrication et de moulage additifs. À l'avenir, les actionneurs souples peuvent être imprimés en 3D en une seule étape de fabrication en utilisant une variété de matériaux et de conceptions, pour fournir des capacités spécifiques définies par l'utilisateur.

La construction des doigts comprend une section supérieure en caoutchouc et du caoutchouc incrusté de fibres inélastiques dans la section inférieure. Le fait de gonfler le doigt avec de l'air sous pression force le haut à s'étendre tandis que la moitié inférieure ne le fait pas. Les di ff érences de longueur qui en résultent entre le haut et le bas provoquent la flexion de l'actionneur. Les fibres de renfort enroulées hélicoïdalement renforcent et stabilisent la forme de l'actionneur, de sorte que l'inflation entraîne une flexion plutôt qu'une expansion radiale.

L'équipe étudie également l'intégration de capteurs souples dans les actionneurs PneuFlex. En raison de la haute déformabilité, la plupart des technologies de capteurs existantes ne sont pas compatibles avec les actionneurs flexibles. Pour ajouter des capacités de rétroaction tactile, les chercheurs explorent des technologies de capteurs alternatives telles que: des capteurs de déformation en métal liquide pour détecter la déformation; réseau de fibres optiques pour détecter la forme; fibres conductrices en élastomère thermoplastique pour mesurer la déformation; et la détection tactile avec des surfaces capacitives multicouches extensibles.

La RBO Hand 2 est contrôlée à l'aide d'une PneumaticBox relativement peu coûteuse, un système développé pour la synchronisation et le contrôle en temps réel des doigts pneumatiques. Le matériel PneumaticBox comprend une gamme de vannes 5/3 et un ordinateur intégré (Beaglebone Black) ainsi que des pilotes de vannes, des capteurs de pression et une alimentation 24 V. Il utilise des logiciels robotiques open source largement utilisés (tels que ROS, RoboticsLab RLab et les scripts Python) et peut être contrôlé à distance via un réseau TCP / IP.

Le RBO Hand 2 a été développé pour étudier les capacités et les limites des mains robotiques en ne s'appuyant que sur des structures souples et déformables. L'adaptabilité unique de l'appareil offre plusieurs avantages, tels que:

Résiste facilement aux collisions contondantes

Offre des énergies à faible impact

Contact passif et découplage de la paume des doigts du bras du robot, stabilisant le contrôle de la force

L'adaptabilité à diverses formes d'objets simplifie le contrôle des doigts

L'actionnement pneumatique permet des géométries complexes de la main et de l'actionneur

Enfin, un autre aspect important du travail, selon les responsables du RBO Lab, est que l'ingénierie des robots mous est encore à ses balbutiements, par rapport aux mains électromécaniques. La poursuite des recherches sur les conceptions, les commandes et les technologies liées aux mains douces devrait déboucher sur de nouvelles percées.