ExoHand от компании Festo это экзоскелет, который можно носить, как перчатку. Пальцами можно активно двигать, а силу в пальцах можно увеличить, при этом движения руки оператора регистрируются и передаются роботизированной руке в режиме реального времени.

Экзоскелетонная рука имеет все те же основные физиологические степени подвижности, что и его аналог — рука человека. Таким образом, в ней реализуется та же техника захвата и переноса объектов, что и в человеческой руке.

Целью проекта является увеличение силы и выносливости руки человека, расширение границ возможностей человека и освобождение человека преклонного возраста от его зависимости от других людей.

Роботы и протезы

Так как все суставы и их приводы расположены снаружи руки, выполненной в форме экзоскелета, этот ручной протез можно устанавливать не только на руку человека, но также и на искусственную силиконовую руку. Использование одного и того же оборудования позволяет совершенно по-новому разработать сценарий создания связи между роботами и протезами.

ExoHand сочетает в себе разум человека с возможностями робота. Хотя машины точны, прочны и мощны, их возможности реагирования на сложную ситуацию ограничены. Они обычно полагаются на визуальное и тактильное восприятие оператора-человека, а также на умение последнего принимать решения.

От сборочного узла к медицинскому воздействию

По мнению компании Festo, практическая польза от таких устройств заключается в расширении границ человеко-машинного взаимодействия в применении к автоматизированной технике с добавлением ноу-хау в сфере дистанционного управления и умножения силы.

В этой форме непосредственного человеко-машинного взаимодействия ExoHand представляет собой возможное техническое решение тех задач, с которыми столкнется производство будущего – как реальное, так и виртуальное. Потенциальная польза в сфере медицины, наряду с огромным интересом, касающимся вспомогательных систем в применении к автоматизированной технике, подтолкнула инженеров компании Festo к сотрудничеству с Тюбингенской университетской клиникой, являющейся звеном сети Bionic Learning Network.

Особое назначение приводов: точная ориентация всех пальцевых суставов

Пневматический экзоскелет: плавные гибкие движения по всем степеням подвижности

Умножение силы: пневматические приводы для увеличения силы захвата

Умножение силы при сборочных работах

Используя ExoHand как модель, компания Festo оказывает поддержку своим клиентам в разработке инновационных решений человеко-машинного взаимодействия. Несмотря на высокую степень автоматизации в промышленности, все еще существует достаточно много сложных действий, которые могут быть выполнены только человеком. Сюда относятся многочисленные повторяющиеся задания, выполнение которых быстро вызывает у человека усталость. Такой вид работы особенно непрост для пожилых людей.

В большинстве индустриализированных стран средний возраст рабочих в ближайшие годы будет продолжать расти. ExoHand, таким образом, дает возможное технологическое решение проблем мирового производства, связанных с изменением демографической ситуации.

Система увеличивает силу руки человека и помогает рабочему долгое время оставаться вовлеченным в рабочий процесс, не испытывая при этом усталости и других физических проблем. Для предупреждения усталости ExoHand можно надевать на руку при выполнении сборочных работ, где она будет функционировать как вспомогательная система, обеспечивающая более благоприятные рабочие условия сборки.

Обратная связь по усилию для безопасного дистанционного управления

Если ExoHand использовать для дистанционного управления роботизированной рукой в производстве, то можно выполнять сложные задачи в опасной среде с безопасного расстояния. Действуя как система обратной связи по усилию, искусственная рука может значительно расширить возможности оператора-человека в производственной среде. Согласно этому сценарию, ExoHand крепится и на руку человека, и на искусственную силиконовую руку. Таким образом, она функционирует одновременно и как интерфейс оператора, и как роботизированная рука. Искусственная рука может, таким образом, реализовать практически все соответствующие степени подвижности.

Это позволяет передавать усилия из различных сред к руке оператора в форме обратной связи по усилию; у оператора возникает такое ощущение, словно он ощупывает форму удаленного объекта. Человеческое чувство касания (тактильное чувство), таким образом, может быть использовано на больших расстояниях и даже может быть применено на реальном интерфейсе к виртуальному миру. Оператору больше не нужно полагаться только на свое визуальное и слуховое восприятие, теперь он может реально прочувствовать форму и сопротивление, а также эффект от прикладываемых сил.

Повышение выносливости: предупреждение усталости вследствие повторяющихся движений рук

Обратная связь по усилию: ощущение и перемещение без прямого контакта

Тренировка мозга и мышц: ExoHand в сочетании с мозг-компьютерным интерфейсом

Потенциальные возможности в сфере обслуживающей робототехники

Помимо промышленного применения, ExoHand очень удачно вписывается в рынок обслуживающих роботов, который в ближайшие годы будет быстро расти – в конце концов, новые идеи в области материалов, датчиков и приводов произведут революцию на этом рынке. Если, к примеру, робот должен постоянно выполнять ежедневные определенные функции в домашних условиях в сочетании с ExoHand и взаимодействовать с человеком в различных бытовых ситуациях, то человекоподобные характеристики робота окажутся даже еще более необходимыми, чем в производственной среде.

Таким образом, посредством своей недавно разработанной ExoHand компания Festo внедряет идею привода, основанную на пневматике: восемь пневматических приводов обеспечивают точные движения, в то же время обеспечивая ExoHand отличной производительностью и надежностью. Но найдет ли робот дорогу в наши дома, также будет зависеть, и не в последнюю очередь, от его стоимости. ExoHand от Festo состоит из компонентов оригинального производства, которые уже выпускаются в больших количествах и поэтому доступны на рынке по относительно низкой цене.

Использование в медицине

В области реабилитации ExoHand можно использовать как активный ручной протез. В одной только Германии около 150 тысяч человек ежегодно переносят первый инсульт; многие из них должны заново учиться пользоваться своими руками.

Вместе с мозго-компьютерным интерфейсом (BCI), ExoHand от Festo позволяет установить замкнутый контур обратной связи. Активный ручной протез может помочь инсультным больным, страдающим от паралича, восстановить поврежденную связь между мозгом и рукой. Желание инсультного больного сжать или разжать свою руку записывается посредством электроэнцефалографического сигнала (ЭЭГ), который измеряется на голове пациента.

Перемещения выполняются с помощью активного ручного протеза. Это повышает тренировочный эффект, который с течением времени позволит пациентам двигать своими руками уже без технической поддержки. С помощью пассивного ручного протеза хронически согнутые пальцы руки просто распрямляются посредством пружины, а с помощью ExoHand пневматические цилиндры активно двигают пальцы пациента.

Будущий сценарий для обслуживающих роботов: независимая жизнь для престарелых

Возможно уже сегодня: ExoHand при реабилитации инсультных больных

Разработка такого проекта требует экспертиз в различных областях автоматизированной техники и технологий автоматизации. Механотроника и технологии генеративного производства также играют важную роль в реализации проекта ExoHand.

Механотроника: объединение нескольких технологий

Механотроника, ключевая идея Festo, сочетает традиционные дисциплины механической, электрической и компьютерной инженерии; ее задачами являются повышение функциональности технических систем и открытие нового понимания различных аспектов человеко-машинного сотрудничества. Используемое программное обеспечение позволяет осуществить функциональную интеграцию в пределах системы и таким образом проложить путь для разумного человеко-машинного взаимодействия.

Индивидуальное изготовление: генеративное производство для идеального соответствия

ExoHand, которая изготавливается под руку каждого конкретного индивидуального пользователя, выполняется из полиамида методом селективного лазерного спекания. Для этого осуществляется трехмерного сканирования руки пользователя для будущего экзоскелета.

Пневматика: движение почти по всем степеням перемещения

Восемь пневматических приводов двойного действия – цилиндры DFK-10 от Festo, которые прикрепляются к конструкции экзоскелета, позволяют пользователю разжимать и сжимать пальцы протеза с предельно возможной точностью. Указательный палец также можно отклонить в любую сторону, а большой палец можно повернуть по направлению к ладони аналогично пальцу руки человека.

Определение точного положения и эффективное использование сжатого воздуха

Линейные потенциометры регистрируют как положение пальцев, так и усилие, прикладываемое каждым отдельно взятым приводом. Соответствующее давление в различных камерах регулируется посредством пьезопропорциональных клапанов. Датчики давления на зажиме клапана служат для регулировки давления и указания усилий, вырабатываемых цилиндром.

Точный позиционный контроль с помощью CoDeSys

Контроллер, совместимый с CoDeSys, регистрирует и обрабатывает параметры положения и усилия. Он регулирует давления в цилиндрах с целью обеспечения правильного положения и усилий пальцев. Для этих целей используются нелинейные алгоритмы управления.

Движущая сила инноваций: креативные решения для новых рынков

Festo поставляет как сами компоненты, так и ноу-хау: благодаря широкой базе данных по технологиям и исследованиям Festo дает возможность своим клиентам разрабатывать собственные системы и робототехнику, которые могут сыграть важную роль в человеко-машинном взаимодействии.

Сюда относятся и вопросы того, как человек и машины могут взаимодействовать более эффективно ввиду расширенных возможностей современных технологий, и то, с какими требованиями может столкнуться производство в будущем. Для этой цели создаются такие системы и среда, как ExoHand, которые путем активной поддержки расширяют возможности человека-оператора, чтобы они могли отвечать конкретным требованиям. Festo продолжает двигаться в направлении того, что уже было получено в этой сфере с помощью биомехатронной системой Bionic Handling Assistant.

Цилиндр DFK-10. Цилиндр двойного действия с интегрированным установочным фланцем и соединением

Управление CoDeSys. Компактный зажим клапана MPA-L с интегрированным элементом управления CPX-CEC и модулями ввода-вывода

Пропорциональный клапан прямого управления VPWP. С внешним контроллером позиционирования и системой датчиков положения для точного пневматического позиционирования.

Категория: ExoHand | Нет комментариев »

Комментарии