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免接触 声夹爪用超音波拾起小元件


瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zuerich)的ETH先锋研究员(ETH Pioneer Fellowship)Marcel Schuck博士,正在进行一项不接触机器人学计画,发展运用超音波的声夹爪,能完全无需碰触即可捡起并移动各种形状的小物 体。
根据The Robot Report报导, 传统的机器人夹爪都存在抓取时易于造成脆弱物体损坏的风险, 因此通常采用软质、类似橡胶的夹爪。不过,这类材质的夹爪会像橡皮擦一样容易受到污染,定位的精准度也相当有限,且在处理不同形状的物体时须搭配相对应的夹爪。不过若采用声夹爪的话将可望解决相关问题,并能以单一夹爪取代多个昂贵专用高精密度夹爪。 超音波可产生人类无法看到或听到的压力场,而当声波互相重迭时就会出现多个压力点,这些压力点所形成的声陷阱,就可以让身陷其中的小物体象是悬浮在空中般,声悬浮的物理现象已被运用超过80年,最早是应用于太空探测。

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Marcel Schuck博士运用配备微芯片的电路板连接两个内置扬声器的半球体,来产生声悬浮的物理现象,并以3D打印机制作各种小型扬声器并置入两个半球体中进行试验,以产生超音波让小物体能悬浮在两个半球体之间, 最终目标是要开发出运用超音波的电动控制机器人夹爪产品,能实时改变物体位置且维持物体悬空。

目前的声夹爪原型运用现有的声悬浮技术,就能让各种小物体悬空移动,内建软件会根据物体的形状,控制两个半球体中的扬声器,在适当位置透过声波来产生压力点让物体保持悬空,并提供精确定位以控制机器人手臂将物体移动至目标位置,如此就不再需要各种处理不同形状物体的高精密度夹爪与高精密度的机器手臂,因此非接触式的声夹爪极具经济效益。 有些行业需要处理小零件或小元件,若是损坏会造成相当的损失,象是制表业必须运用高精密度的微机械处理昂贵的微小元件,例如齿轮首先必须涂上一层润滑油并测量薄膜厚度,但既使是最轻微的触碰也可能破坏润滑油薄膜。Marcel Schuck博士的非接触式声夹爪可望避免这类风险,应该会引起制表业的兴趣, 此外半导体制造业也是另一个可能的潜在市场。

Marcel Schuck博士初期将运用其ETH先锋研究员所获得的15万瑞士法郎资助,来研究机器人夹爪在实际环境的部署方式,探索潜在的应用领域并作为进入产业的敲门砖。此外也将根据从产业界获得的回馈,为潜在客户制作一套包括机器人夹爪、控制软件与指令的开发工具,以利客户快速进行先导计画与后续部署。Marcel Schuck博士希望能跟有兴趣的组织合作进行声夹爪的后续开发,一方面有助于发掘与满足现有市场需求,再者也能促进相关技术的商业化应用。Marcel Schuck博士认为,如果能在2021 年春季达成这些目标,可望基于其商业想法来设立一个新创公司。

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