Структурно-параметрический синтез плоских неполноприводных механизмов для антропоморфных роботизированных кистей

Представлены результаты структурно-параметрического синтеза плоских неполноприводных механизмов со звеньями переменной длины. Синтез основан на принципе морфологического расчета, согласно которому желаемые свойства робота „программируются“ на уровне механической конструкции, а активное управление используется лишь для мягкой корректировки движений, обусловленных естественным поведением системы. Разработанный алгоритм был апробирован при создании адаптивной компактной кисти для антропоморфного робота iCub, способной выполнять все фундаментальные захваты и обладающей при сопоставимых габаритах более высокой грузоподъемностью по сравнению с оригинальным аналогом на тросовой тяге. Приведен пример синтеза механизма указательного пальца и представлены результаты тестирования опытного образца устройства. Разработанный прототип обладает 14 степенями свободы, но при этом управляется с помощью четырех двигателей. Минимизация количества приводов позволила упростить систему управления, уменьшить количество требуемых сенсоров и массогабаритные параметры и снизить затраты на комплектующие.

1. Liu H. et al. Multisensory five-finger dexterous hand: The DLR/HIT Hand II // IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems. IEEE, 2008. Р. 3692—3697.

2. Rothling F. et al. Platform portable anthropomorphic grasping with the bielefeld 20-dof shadow and 9-dof tum hand // IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems. IEEE, 2007. Р. 2951—2956.

3. Xu Z., Todorov E. Design of a highly biomimetic anthropomorphic robotic hand towards artificial limb regeneration // IEEE Intern. Conf. on Robotics and Atomation (ICRA). IEEE, 2016. Р. 3485—3492.

4. Raiola G. et al. Development of a safety-and energy-aware impedance controller for collaborative robots // IEEE Robotics and Automation Letters. 2018. Vol. 3, N 2. P. 1237—1244.

5. Katz B., Di Carlo J., Kim S. Mini cheetah: A platform for pushing the limits of dynamic quadruped control // Intern. Conf. on Robotics and Automation (ICRA). IEEE, 2019. P. 6295—6301.

6. Thomaszewski B. et al. Computational design of linkage-based characters // ACM Trans. on Graphics (TOG). 2014. Vol. 33, N 4. P. 1—9.

7. Abd M. A. et al. Surface Feature Recognition and Grasped Object Slip Prevention With a Liquid Metal Tactile Sensor for a Prosthetic Hand // Proc. of the 8th IEEE RAS/EMBS Intern. Conf. for Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob). IEEE, 2020. P. 1174—1179.

8. Borisov I. I. et al. Study on elastic elements allocation for energy-efficient robotic cheetah leg // IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, 2019. P. 1696—1701.

9. Metta G. et al. The iCub humanoid robot: An open-systems platform for research in cognitive development // Neural Networks. 2010. Vol. 23, N 8—9. P. 1125—1134.

10. Schmitz A. et al. Design, realization and sensorization of the dexterous iCub hand // Proc. of the 10th IEEE-RAS Intern. Conf. on Humanoid Robots. IEEE, 2010. P. 186—191.

11. Borisov I. I., Khomutov E. E., Kolyubin S. A., Stramigioli S. Computational design of reconfigurable underactuated linkages for adaptive grippers // IEEE/RSJ Intern. Conf. on Intelligent Robots and Systems (IROS). IEEE, 2021.

12. Borisov I. I. et al. Novel optimization approach to development of digit mechanism for bio-inspired prosthetic hand // Proc. of the 7th IEEE Intern. Conf. on Biomedical Robotics and Biomechatronics (Biorob). IEEE, 2018. P. 726—731.

13. Борисов И. И., Защитин Р. А., Борисова О. В., Колюбин С. А. Алгоритм структурно-параметрического синтеза механизмов адаптивных захватных устройств со звеньями переменной длины // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 5. С. 467—475.

14. Birglen L., Laliberté T., Gosselin C. M. Underactuated Robotic Hands. Springer, 2007. Vol. 40.