Festo 展示仿生新項(xiàng)目： BionicSoftHand, BionicSoftArm 和 BionicFinWave

在日常生活中，我們用雙手理所當(dāng)然地完成各種各樣的工作，包括抓取、握持或轉(zhuǎn)動(dòng)、觸摸、打字或按壓。在這個(gè)方面，人的雙手有著獨(dú)一無(wú)二的力量、靈巧和精細(xì)動(dòng)作，是大自然真正的杰作。還有什么比為協(xié)作工作區(qū)域的機(jī)器人配備以人手為原型并可以通過(guò)人工智能學(xué)習(xí)解決各種任務(wù)的爪手更符合自然呢？Festo 將在2019年漢諾威工博會(huì)上展出氣動(dòng)機(jī)械手BionicSoftHand。與BionicSoftArm 氣動(dòng)輕型機(jī)械臂組合適用于人機(jī)合作。

BionicSoftHand 采用氣驅(qū)動(dòng)，可與人直接安全交互。與人手不同， BionicSoftHand 沒(méi)有骨骼。其手指由帶氣腔的彈性氣囊結(jié)構(gòu)組成。氣囊用特殊的三維織物封閉在手指內(nèi)，這種織物采用了彈性高強(qiáng)度紗線。借助這種織物，可以精確決定結(jié)構(gòu)在哪些場(chǎng)合膨脹發(fā)力，哪些場(chǎng)合不膨脹。這種機(jī)械手重量輕，靈活性佳，適應(yīng)性強(qiáng)，敏感度高，能夠產(chǎn)生的力量大。 

人工智能

機(jī)器的學(xué)習(xí)方式與人類相似：正向或逆向 – 執(zhí)行動(dòng)作后需要反饋，以便進(jìn)行歸類并從中學(xué)習(xí)。 BionicSoftHand 采用了強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方式。 

這就是說(shuō)：機(jī)械手只會(huì)被給到一個(gè)目標(biāo)，而不是去模仿一個(gè)特定動(dòng)作。機(jī)械手采用試錯(cuò)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。基于接收到的反饋，它逐漸優(yōu)化自己的動(dòng)作，直至成功解決給到的目標(biāo)。 

具體演示時(shí)， BionicSoftHand 應(yīng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)12 面的立方體，最后事先指定的面最后需要朝上。借助通過(guò)電腦視覺(jué)的深度感測(cè)相機(jī)和人工智能算法的數(shù)據(jù)創(chuàng)建的數(shù)字雙胞胎，在虛擬環(huán)境中示教必要的運(yùn)動(dòng)策略。

比例壓電閥實(shí)現(xiàn)精確控制

為了盡可能縮短BionicSoftHand 連接氣管的長(zhǎng)度，開(kāi)發(fā)人員特別設(shè)計(jì)了小巧而數(shù)字化控制的閥島，可以直接安裝在機(jī)械手上。這就意味著，控制機(jī)械手手指的氣管不必穿過(guò)機(jī)械臂。因此，BionicSoftHand 可以快捷連接，氣源和排氣各用一根氣管。通過(guò)使用的比例壓電閥，可精確控制手指運(yùn)動(dòng)。

BionicSoftArm: 一個(gè)機(jī)械臂，多種派生型 

工廠工人的手動(dòng)工作和機(jī)器人的自動(dòng)化工作相互之間的嚴(yán)格隔離正在消除。兩者的工作范圍會(huì)有重疊，進(jìn)而整合成一個(gè)協(xié)作工作區(qū)域。這樣，未來(lái)人和機(jī)器能在統(tǒng)一工件或元件上同時(shí)進(jìn)行工作，相互之間不會(huì)因?yàn)榘踩虮桓綦x開(kāi)來(lái)。

BionicSoftArm 是Festo BionicMotionRobot 緊湊型的后續(xù)開(kāi)發(fā)，應(yīng)用范圍得到了大幅度擴(kuò)展。這要?dú)w功于其模塊化的機(jī)構(gòu)：其可組合最多七個(gè)氣囊和擺動(dòng)氣缸。在伸展性和移動(dòng)性方面，確保了最大的靈活性，假若必要，可在緊湊的空間內(nèi)避開(kāi)障礙進(jìn)行工作。同時(shí)，其完全靈活，可與人安全地一同工作。BionicSoftArm 可實(shí)現(xiàn)直接的人機(jī)協(xié)作，亦可用字傳統(tǒng)的SCARA 應(yīng)用場(chǎng)合，如抓放工作。 

靈活的應(yīng)用前景 

取決于結(jié)構(gòu)和安裝的爪手，模塊化的機(jī)械臂可用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。得益于其柔性的動(dòng)態(tài)特性，BionicSoftArm 可直接安全地與人交互。同時(shí)，這種動(dòng)態(tài)特性讓其能更方便地在生產(chǎn)環(huán)境中的不同位置上適應(yīng)不同的工作：免除了代價(jià)昂貴的安全設(shè)備，如保護(hù)籠和光柵，縮短了轉(zhuǎn)換時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)了靈活使用 – 完全符合自適應(yīng)和經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)。

BionicFinWave: 水下機(jī)器人，采用獨(dú)特的魚鰭驅(qū)動(dòng)

大自然給我們上了印象深刻的一課，教會(huì)了我們特定游泳動(dòng)作的最佳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該是什么樣。海洋中的渦蟲和烏賊在前進(jìn)時(shí)用自己的鰭形成不間斷的波浪，一路推著它們前行。仿生技術(shù)團(tuán)隊(duì)從波狀鰭的運(yùn)動(dòng)中汲取到了BionicFinWave的靈感。這種波狀運(yùn)動(dòng)把水流往后推，從而形成推進(jìn)力。這個(gè)原理讓BionicFinWave 在亞克力玻璃的管道系統(tǒng)中進(jìn)退自如。 

其兩側(cè)的鰭完全用硅膠制成，不需要加強(qiáng)筋或其它制成元件。這兩條鰭連接到左右兩側(cè)的九個(gè)小杠桿臂上，杠桿臂用兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)相鄰的曲軸將力傳遞給杠桿臂，兩條鰭可各自運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生不同的驅(qū)動(dòng)軸型式。它們尤其適用于慢速、高精度的運(yùn)動(dòng)力，比絲桿攪動(dòng)的水更少。杠桿臂分段之間有萬(wàn)向節(jié)，確保曲軸的靈活性。為此，包括關(guān)節(jié)和連接桿的曲軸通過(guò)3D打印技術(shù)用塑料一體打印成型。

多種元件的智能交互

BionicFinWave 本體上其余元件同樣是3D 打印的，可以做成復(fù)雜的幾何形狀。體內(nèi)的空腔，讓它們能作為浮動(dòng)裝置動(dòng)作。同時(shí)，整個(gè)的控制和調(diào)節(jié)技術(shù)采用防水技術(shù)，安全安裝，在一個(gè)非常小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)同步。 

過(guò)程行業(yè)新的推動(dòng)力和方式 

作為仿生技術(shù)的載體，我們的仿生學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)再次為未來(lái)與自控機(jī)器人和液體介質(zhì)的新動(dòng)力技術(shù)提供了新推動(dòng)力。可以想象，隨著B(niǎo)ionicFinWave 的進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)，可應(yīng)用于諸如檢測(cè)、測(cè)量序列或數(shù)據(jù)采集這樣的領(lǐng)域 – 如水處理和污水處理和過(guò)程行業(yè)的其它領(lǐng)域。