[導(dǎo)讀]想讓機(jī)器人與人類配合無(wú)間，或許是機(jī)器人領(lǐng)域里最難做的事了。 近日，來(lái)自加拿大舍布魯克大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種固定在腰間的機(jī)械臂系統(tǒng)，它可以幫助你完成多種任務(wù)。 與目前美軍正在研究的、旨在增強(qiáng)人體力量的外骨骼相比，給人安上新的手臂看起來(lái)更加科
想讓機(jī)器人與人類配合無(wú)間，或許是機(jī)器人領(lǐng)域里最難做的事了。
近日，來(lái)自加拿大舍布魯克大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種固定在腰間的機(jī)械臂系統(tǒng)，它可以幫助你完成多種任務(wù)。
與目前美軍正在研究的、旨在增強(qiáng)人體力量的外骨骼相比，給人安上新的手臂看起來(lái)更加科幻了，這不禁讓人想起電影《明日邊緣》里阿湯哥的那一身機(jī)甲。
https://events.infovaya.com/presentation?id=68227
在探討機(jī)械手對(duì)人們的用途時(shí)，無(wú)論是額外的手指還是一個(gè)或兩個(gè)額外的機(jī)械臂，其功能都常限于緩慢移動(dòng)的輕量級(jí)任務(wù)。這些任務(wù)往往是持有或攜帶物體，穩(wěn)定物體或使用者等等。但人們想要的并不只是如此，而是能讓我們變成像漫威漫畫里的超級(jí)英雄一樣的可穿戴機(jī)械臂。
這種類型的可穿戴機(jī)械臂被稱為額外機(jī)械臂（supernumerary robotic arm）。本研究的系統(tǒng)有 3 個(gè)自由度，由磁流變離合器和靜液壓傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。其目標(biāo)是在眾多工業(yè)和家庭應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)如人類手臂一樣的性能。液壓系統(tǒng)會(huì)提供相對(duì)較大的動(dòng)力，但是動(dòng)力系統(tǒng)本身是通過線纜和使用者連接的，在最大程度上減少了使用者穿戴的質(zhì)量（保證手臂的慣性較?。瑫r(shí)還略微限制了移動(dòng)性。
外置動(dòng)力系統(tǒng)確實(shí)會(huì)束縛一點(diǎn)讓你成為超級(jí)英雄的潛力，但在實(shí)際情況下，使用者不太可能會(huì)四處走動(dòng)。如果任務(wù)必須移動(dòng)，或許可以把動(dòng)力系統(tǒng)安置在跟隨人移動(dòng)的自動(dòng)駕駛車上。最終，整個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)集成到更為便攜的背包中。
該機(jī)械臂重約 4kg，大約相當(dāng)于真實(shí)的人的手臂，能夠提起 5kg 的重量。其末端執(zhí)行器的最大速度是每秒 3.4 米，并且為了防止它砸到使用者的臉，其移動(dòng)空間是受限的。目前，還沒有太多自動(dòng)化的方法，需要另一個(gè)操作者在主從配置下通過一個(gè)迷你版的手持臂控制該機(jī)械臂。
研究者表示，添加一些傳感器會(huì)讓該機(jī)械臂做一些像在使用者旁邊采摘水果這樣的事情，還可以做一些合作型任務(wù)，比如提供工具協(xié)助。你可以把它看成一個(gè)合作者，它可以和使用者并肩執(zhí)行同樣的任務(wù)來(lái)直接地提高生產(chǎn)力，也可以代替使用者做一些任務(wù)，讓使用者可以去做其他更需要?jiǎng)?chuàng)造力和判斷力的事情。
「第三只手」可以用來(lái)做些什么？研究者們?cè)O(shè)想了很多應(yīng)用，包括：采摘果實(shí)、刷墻、擦玻璃、遞送工具，甚至還有打羽毛球。
IEEE 對(duì)論文一作 Catherine Véronneau 進(jìn)行了采訪，為我們講述機(jī)械臂背后的故事。以下為訪談具體內(nèi)容：
Q1：佩戴了「第三只手」是什么體驗(yàn)? 我們真的能習(xí)慣這種人機(jī)配合方式嗎？
Catherine Véronneau：這是我們未來(lái)要真正探索的東西。目前看來(lái)，
這只手臂在我身上工作的還不錯(cuò)，它的重量只有 4.2 公斤，安裝位置也位于人體的質(zhì)心附近（以減小慣性）。這讓我們很快就適應(yīng)了它，機(jī)械臂也可以補(bǔ)償人的某些運(yùn)動(dòng)（包括 x、y、z 軸的平移運(yùn)動(dòng)），但想要補(bǔ)償用機(jī)械臂打球這樣的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)還需要進(jìn)行一定的改進(jìn)，這很有趣！
我們注意到，線束需要牢固地固定在身體上，如果線束和人之間有不同步，則會(huì)很難受。
Q2：為什么選擇這種特殊的驅(qū)動(dòng)技術(shù)？
我們使用 MR 離合器是因?yàn)樗膽T性非常低（齒輪電機(jī)產(chǎn)生的慣性不會(huì)直接反映到輸出，這是因?yàn)?MR 離合器是在「不斷打滑」的情形下工作的）。因?yàn)閼T性較低，所以它的反應(yīng)可以非常快（具有高作用力帶寬），這使得它們可以補(bǔ)償人類無(wú)法預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)。由于 MR 離合器的剛度（高帶寬）和易于布線的特性，我們選擇了這種方式，把它與靜液壓傳動(dòng)裝置相連。
Q3：機(jī)械臂對(duì)于穿戴者和身邊的人足夠安全嗎？
由于采用了 MR（磁流變）離合器，因此機(jī)械系統(tǒng)本質(zhì)上是安全的（沒有齒輪運(yùn)動(dòng)的慣性，機(jī)械臂慣性較低，摩擦力也較低……）。同時(shí)因?yàn)?MR 離合器反應(yīng)速度很快，且可以逆向運(yùn)轉(zhuǎn)，我們可以快速地檢測(cè)到接觸（壓力增大）并施加負(fù)扭矩以避免傷害人類。
Q4：讓手臂自動(dòng)化工作，同時(shí)與穿戴者配合還需要做些什么？
使用第三只手（或者任何 SRL「超級(jí)機(jī)器人肢體」）的自動(dòng)模式都涉及到理解人類動(dòng)作背后的意圖，這與正在進(jìn)行的任務(wù)具有非常大的關(guān)系。如果使用者拿東西時(shí)遇到了一扇門，則控制器需要檢測(cè)何時(shí)是開門的正確時(shí)機(jī)，這對(duì)于特定任務(wù)來(lái)說這是可行的。
但我們還希望 SRL 能夠支持多種任務(wù)，這就需要更強(qiáng)大的 AI 技術(shù)或智能控制來(lái)檢測(cè)人類想要做什么，以及 SRL 如何與使用者互相配合。「人類的意圖」在這個(gè)方向上還有很多需要探索的東西。
Q5：當(dāng)多了一個(gè)機(jī)械臂時(shí)，你能用它做哪些有趣的事情？
在疫情出現(xiàn)之前，我們正在討論「端啤酒杯」機(jī)械臂穩(wěn)定系統(tǒng)。如果你看過 YouTube 上那個(gè)著名的視頻就會(huì)有印象。雖然那個(gè)視頻還只是視覺特效，但現(xiàn)在我們有機(jī)會(huì)讓它成為現(xiàn)實(shí)了。目前我們面臨的挑戰(zhàn)是實(shí)時(shí)穩(wěn)定手臂的位置和方向，或手臂的底座，從而實(shí)現(xiàn)「手掌」的穩(wěn)定。如果實(shí)現(xiàn)的話我們就擁有了一個(gè)絕對(duì)穩(wěn)定的平臺(tái)，可用于拍照、定位等任務(wù)。
https://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/robotics-hardware/robotic-third-arm-can-smash-through-walls
該文章內(nèi)容轉(zhuǎn)載自機(jī)器之
心。
兩輪平衡機(jī)器人送披薩，旋轉(zhuǎn)跳躍！
詳述機(jī)器人的5種定位技術(shù)
會(huì)自學(xué)的四足機(jī)器人，3.5個(gè)小時(shí)學(xué)會(huì)走路！
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