机器人控制系统 用于在干燥和潮湿条件下抓取和释放物体

工业机器人现在被广泛使用，并且在汽车制造和其他领域中是必不可少的。传统的机器人手适合于抓住固定形式的硬物，而不容易抓住复杂的物体或轻柔地抓住柔软的物体。在各种条件下，还必须响应物体的物理特性，例如表面特性：干燥，潮湿等。

机器人手的软表面指尖是可变形的并且可以相当容易地抓住复杂形状的物体，因为接触区域可以通过响应于物体形状的表面变形而扩大。软表面指尖在抓取柔软物体方面非常有效; 甚至可以把豆腐抓住。然而，通常，软材料的表面摩擦很高，这使得释放更加困难。将物体释放到期望的位置也是困难的，尤其是在工作空间狭窄的情况下。

由金泽大学Tetsuyou Watanabe教授领导的小组一直在研究用机器人手指尖抓取物体的控制技术。在本研究中，该小组旨在开发一种摩擦控制系统。该小组使用机器人手的柔软指尖抓取物体; 通过施加(注入)润滑剂完成释放。在该研究中，使用无水乙醇(> 99.5%)作为润滑剂，因为乙醇在化学上是安全的并且易于干燥，并且因为其表面张力低。

EMSFC在各种实验条件下。目标材料是聚丙烯。通过图1中所示的流体指尖抓住聚丙烯物体，并测量等效的最大 - 静摩擦系数(EMSFC)* 2)以显示润滑剂的效果。(i)干燥：(ii-1)干燥，在抓取前注入润滑剂：(ii-2)干燥，抓住后注入润滑剂：(iii)用水润湿：(iv-1)用水润湿，在抓住前注入润滑剂： (iv-2)用水润湿，抓住后注入润滑剂：(v)用链锯油涂油：(vi-1)油性用链锯油，在抓住前注入润滑剂：(vi-2)油性用链锯油，抓握后注入润滑剂。在干燥和潮湿条件下验证了润滑剂无水乙醇的效果。图片来源：金泽大学

如图1所示，将丁腈橡胶薄膜粘合到指尖基础的侧面，以形成填充链锯油的空间，从而形成“ 流体指尖”。然后粘合硅树脂“ 纹理 ”以涂覆橡胶膜; “质地”的材料是带有狭缝的硅酮密封胶，其间隔为1.5mm，垂直于负荷方向。在水湿条件下引入狭缝以获得更大的摩擦并且润滑剂扩散。使用这种流体指尖，抓住用于厨房用具的各种材料的物体，并且证实在施加润滑剂时，摩擦力确实减小(图2)。在干燥和潮湿的条件下，摩擦力都会降低，

接下来，如图3所示进行盒子包装任务模拟。从两侧用两个流体指尖抓住纸盒。将上述“纹理”粘合到每个流体指尖。通过在纸箱上放置重物来确认稳定的抓握。除去重物后，将润滑剂注入两个流体指尖，这导致纸箱在相当短的时间内(小于2.5秒)向下滑动，从而完成纸箱包装任务(图3)。如此处所示，高摩擦的“质地”粘合到流体指尖，并且注入润滑剂(这里是无水乙醇)减少了摩擦。因此，通过在不移动指尖的情况下控制摩擦来实现将物体释放和放置在期望位置。

在该研究中，证实了通过施加合适的润滑剂可以控制具有高摩擦力的软表面流体指尖的物体抓取。然而，有必要在各种条件下进行更多实验，以便将当前的控制技术应用于制造环境。尽管如此，这项研究预计将是实现工作自动化的一个进步，例如，在狭窄空间中抓取和释放物体。