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德国大学研发机器人抓取系统 采用形状记忆合金制成无需持续供电

发布时间:2025-03-14 11:36:51

据外媒报道,德国萨尔大学(Saarland University)的研究人员研发了一款新型机器人抓取系统,其能耗降低了90%。该款新型机器人采用形状记忆合金(SMAs)制成,具备高效节能、运行安静且轻量化等特点。

机器人夹具(图片来源:萨尔大学)

目前,大多数工业机器人都需要消耗大量的电力且经常长时间运行,导致生产成本上升。传统的机器人夹具通常依赖压缩空气(气动系统),此种系统需要大量的能源,噪音大且体积大,难以适应环境,而且与人类近距离互动时也不安全。此类系统被应用于执行多种任务,包括将工具固定位置、插入组件、组装印刷电路板以及移动、装载或卸载零部件。

萨尔大学在一篇介绍新型机器人抓取系统的新闻稿中写道:“上述系统通常很重,其活动部件也会随着时间的推移而磨损,而且往往都是执行恒定且高度重复的运动模式。此种现有技术限制了其微型化的程度,导致具备较小抓取点的小型抓取系统难以实现。”

智能且节能的夹具

该大学表示,传统的机械臂很僵硬,而且难以快速重新编程,因而导致在生产线上与人类工人协作时存在安全问题。不过,由萨尔大学Stefan Seelecke和Paul Motzki教授研发的机器人夹具有望提供一个亟需的解决方案。

SMA由特殊合金(镍钽)制成,可记忆其原始形状。当SMA接触到小电流时,该金属会升温并收缩。当关闭电流时,该金属会冷却并恢复至原始形状。此类材料被加工制成0.5毫米厚的线束,每根线束可以在不发生断裂的情况下,提起22磅(10千克)的重量。

据该研究团队所说,在现有的执行器技术中,SMA的能量密度最高,可以在紧凑的尺寸下实现强大的机械运动。科学家们利用超细的SMA线束研发了机器人夹具,此类线束与人造肌肉的表现一样,当被施加电脉冲时,线束会收缩,进而产生运动。

此外,该团队还研发了一种下颚夹具和真空夹具,用于测试该项技术。其中,下颚夹具呈钳状,能够快速且精准地夹持工件,并且无需持续使用电力。而真空夹具则由带有吸盘的柔性手指构成,通过SMA肌肉控制翻转一个小圆盘,产生真空吸力,且仅需短脉冲供电。

可以即时适应

该技术的核心在于,其只需要短暂的电力,以电脉冲的形式供电,无需持续供电。一旦抓住了一个物体,就无需额外的能量来维持抓握状态。此类夹具不仅非常节能,而且在运行过程中无需使用额外的传感器。此外,SMA线束通过电阻变化和人工智能(AI)技术驱动的控制来提供位置反馈。

此种设计让该款夹具变得更紧凑且轻量化,便于集成至狭小空间,并且更有利于在工人周围安全使用。此外,此种夹具易于编程,能够很快适应不同的物体形状和任务,甚至可以“即时调整”,而且不配备嘈杂的压缩空气或会磨损的机械零部件,因而也适用于洁净室环境。

该技术通过大幅降低能耗,让机器人变得更具通用性、更为紧凑且更有利于工人使用,显著降低了工业制造的成本和环境影响。此外,其还解锁了此前因传统机器人夹具在尺寸、重量和能耗方面的要求而无法实现的应用。

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