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「公厘级」机器人已可实现快狠准操作

  • 陈智德
milliDelta可在7立方公厘的空间内操作,以高频率的动作实现施加力量与轨迹移动。Harvard University

由于高精准度与速度的优点,并联型机器人(Delta robot)被广泛运用在多个行业,包括包装、取/放的组装作业、焊接等,首个Delta robot是由瑞士洛桑理工学院(EPFL)的Reymond Clavel教授所发明,用于巧克力工厂中,将果仁糖快速地置放在包装中。

Delta robot使用3组轻量手臂和旋转或线性制动器,控制1个平台快速并准确的在X、Y、Z 3个方向移动,随著时间的推移,机器人专家已设计出越来越小的Delta robot以在更小的工作空间内操作,但以传统的制造方法与组件难以将尺寸缩小到公厘级。

哈佛大学(Harvard University)生物启发工程韦斯研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)Robert Wood的研究团队与应用科学学院(SEAS)克服了缩小Delta robot尺寸的障碍,在美国科学促进学会(AAAS)的期刊Science Robotics上,发表了公厘级milliDelta机器人。

使用微加工(microfabrication)技术与高性能复合材料打造出弯曲接头与弯曲制动器,使机器能以高速、高力量操作,精准度达到百万分之一公尺(micrometer),广泛适用于包括制造业及医疗业中需要细微操作的任务。

Wood的团队在2011年受到立体书与折纸手工艺的启发,开发出可在复合材料平板上组装机器人的微加工方法(Pop-up MEMS),并藉此开发出公分级的行走机器人或可飞行的机器人RoboBee。研究团队用此方式开发出更小的milliDelta,尺寸为15-15-20(公厘)。

Wood表示,pop-up MEMS制造方式能使用或结合任何材料,是研发milliDelta的理想方式,而尺寸更小的Delta robot的物理特性显示其可增加运动速度与加速度。

milliDelta在设计上具有复合薄板结构,是Delta robot中最复杂的嵌入式弯曲接头,在组装夹具的帮助下,这种薄板结构可精确地摺叠成一个公厘级的Delta robot,milliDelta还利用压电致动器,使其能够进行比其它现有的Delta robot以高15~20倍的频率进行运动。

此外,研究团队已证明milliDelta可在7立方公厘的空间内操作,以高频率的动作实现施加力量与轨迹移动,可用于工业中进行取/放作业,或于外科手术中进行显微手术(如人眼上的视网膜显微手术)。

在证明milliDelta可用于显微手术等细微操作后,研究人员进行了将其作为手部颤抖消除装置的探索,绘制并计算了手持牙签动作的路径,并输入到milliDelta,研究人员还认为milliDelta既可添加到既有机器人设备上,也可作为独立的设备,作为在临床实验室中操作细胞的平台。

研究团队证明公厘级机器人的控制与速度得到了强化,为多项现有科技无法企及的工业与医疗应用开辟了全新的发展途径。

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