用于接近人类任务的安全而强大的机器人技术

流线型机器人手臂的外观设计研究，在靠近人类的地方使用时具有很高的接受潜力。资料来源：L. Boxberger/Fraunhofer IWU

机器人修剪草坪是社会已经接受的一种机器人协助形式。但目前在其他任务中，特别是那些涉及到与人类近距离接触的任务，如家务和护理，机器人协助的概念还很少。弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所IWU在机器人中使用创新的可切换刚度，将所需的强度和必要的安全性结合起来。在2022年3月16日的汉诺威工业博览会预展和2022年5月30日至6月2日的汉诺威工业博览会上，研究人员将展示一种机器人手臂，可以促进人们在其直接周围的支持。

晚上，当机器人在厨房打扫卫生时，父母有时间舒适地坐在沙发上给孩子读书，怎么样？或者护理人员再次有时间专注于他们工作中的人性和情感方面，而由机器人来处理艰苦、单调的部分？到目前为止，像这样的场景一直是科幻故事中的想法。毕竟，机器人主要是以僵硬的机器人系统的形式应用于工业领域，这些系统被精简为力量和精度，需要非常复杂的安全计划，以确保没有工人被置于危险之中。

人形外观？不完全是

弗劳恩霍夫IWU的研究人员为自己设定的目标是，在涉及接近人类的领域推动机器人技术的发展。弗劳恩霍夫IWU的人类机器人技术领域的课题负责人Linda Weisheit说："用于接近人类的机器人与用于工业的机器人产生了非常不同的要求，在工业中，工人可以以特定的方式接受培训。如果机器人要在日常生活中使用，首先它们需要是安全的，其次，它们必须有一个合适的外观，以增加接受度。虽然人形机器人在日本很受欢迎，但欧洲人往往认为与人类的相似性令人不安。因此，研究人员在设计方面保持着稳定的关注。"

弗劳恩霍夫IWU的研究现状：机器人手臂由三个部分组成，具有可切换的硬度和肌腱，可执行一系列不同的运动。资料来源：弗劳恩霍夫IWU

可切换的刚度提供了力量和安全

Weisheit解释说："在安全方面，软体机器人技术提供了一个良好的基础。它利用柔软的材料，不会造成伤害。另一方面，这些机器人不能执行相当多的任务--即使是一整杯咖啡，对软体机器人手臂来说也太重了。因此，我们正在努力开发具有可切换硬度的新结构--这意味着它们可以在刚性和柔软之间切换这种可切换硬度的原理类似于咖啡包装中使用的原理。当真空包装时，它是坚硬和牢固的，但如果空气进入，它就会变得漂亮和柔软。为了进一步提高结构刚度，特别是在拉伸应变下，研究小组正在将其与置于彼此之上的薄膜相结合。这种组合的结果是，该系统可以承受拉伸应变，同时也能抵抗压缩。使用这类具有可切换硬度的结构部件，使得设计新的运动概念和新的安全系统成为可能。这对我们的日常生活可能意味着什么，最好用装满咖啡的杯子这样一个例子来解释。如果机器人需要把它拿起来，它就把它的软臂变得更硬一些，这样它就能施加必要的力。在固体状态下，它的硬度是软的时候的300倍；换句话说，它的开关系数是300。然而，如果碰撞迫在眉睫--例如，如果人靠得太近--机械助手不会简单地切换回其软态。这将导致它把杯子掉到地上，留下一滩滚烫的咖啡，可能会对小孩子造成危险。相反，它被设计为执行一个规避动作。换句话说。就像人一样，它在拿着杯子的同时摆脱障碍物的束缚。"

安全和强大的机器人结构的部署方案的愿景。信用: L. Boxberger/Fraunhofer IWU

Weisheit解释说："研究人员已经向整个机器人系统迈出了第一步，并对整个系统的外观提供了一个初步设想。他们已经开发了相关的结构部件，将它们与传感器和执行器以及手势控制结合起来，并制作了一个肌腱驱动的机器人手臂，它由三个可切换的部分组成，并通过手势控制来执行平面运动。我们希望尽早与用户开始对话，并找出他们的具体需求，这将使研究人员能够根据用户需求继续开发。"