DARPA与德克公司合作研制出自动手臂,灵活程度媲美人手 | 新智造

2016-09-14 10:32:17     作者:环子      来源:雷锋网

任何截肢者都可以从宛如真手的义肢中受益。

从根本上讲,机器人学关乎帮助人类。机器人帮助我们制造产品,建造事物,使我们的生活更加轻松便捷。随着机器人复杂程度及能力的增加,在老年护理,康复中心和医院等领域,它们开始以更为直接的方式帮助我们。

在不久的将来,机器人同人类的关系将更加紧密,甚至于神经机械学将能够恢复残疾人士的身体功能,而被截肢的军人将成为这一项目的焦点。

2014 年,DARPA 宣布了手部本体感受与触摸界面(HAPTIX) 项目,该项目旨在创造出一种手部义肢系统,使义肢在行动和感觉上都如同真手一般。

DARPA 的 HAPTIX 项目经理 Doug Weber 表示:“我们相信 HAPTIX 将会创造出一种丰富且极具活力的感觉体验,使用者会想一直佩戴着义肢,并且将其视为身体的自然延伸。如果我们能够做到这一点, DARPA 就朝着实现帮助受伤军人恢复完整自然机体功能这一承诺迈进了一步。”

HAPTIX 项目由硬件、用户界面和控制算法3个不同的团队构成,它的成功取决于这三者的最优组合。     OSRF 对于向HAPTIX团队提供定制版的 Gazebo 模拟器十分自豪,这使得这一项目的软件实验不再受限于硬件的可用性:本质上,这就是软件工程师进行作业的虚拟场所。

OSRF 共同创始人兼首席科学家约翰·苏解释道:“对于 OSRF 来说, HAPTIX 的目标就是为生物机械学工程师提供真实的义肢刺激环境,进而为高度灵活的高级义肢学开发出控制器。” 

目前在 HAPTIX 项目中,DARPA 所使用的高级义肢为德克公司(DEKA)的鲁克自动手臂,自由度为14的完整的手臂控制替换系统。然而该手臂目前由为测试而设计的简易用户界面操控,HAPTIX 希望设计出使用来自肌肉神经信号的界面,与此同时立即传动感觉反馈。

在 DARPA 投入了四千万美元的研究资金,并花费了近 10 年的时间之后,德克自动手臂是一款令人惊艳的硬件产品,但这仅仅是初始阶段。约翰·苏说道:“在我看来,硬件应在软件之前开发出来。尽管二者可以同时设计,但是硬件的迭代周期较长。一旦开发出一款优秀稳定的硬件平台,然后把它交给软件团队, 他们开始工作,迅速开发软件,与此同时尽力不去毁坏硬件。”

这就阐明了优质的模拟环境极为重要的两个原因:

  • 第一,在硬件完全开发出之前,它可以让你开始开发软件;

  • 第二,从某种程度上说,它可以使软件开发同硬件本身隔离开来,也就是说,当你仅仅有一个可能十分脆弱,昂贵,或出于某种原因而不稳定的硬件,很多工程师仍然可以同时开发软件。

对于 OSRF 来说,为 HAPTIX 项目开发支持一个版本 Gazebo 涉及了很多不同的领域。除了专门定制的模拟环境以外,OSRF 也向团队提供了 OptiTrack 动作捕捉装置,NIVIDIA 立体声眼镜,3D 监测器,3D 操控杆,以及使其完美运行所需的记录。这款定制的 Gazebo 也包括对各类遥控硬件的支持,用户可以同使用微软和MATLAB的模拟系统以编程的方式进行交互。

HAPTIX 开发者能够利用这些 3D 传感器和遥感系统来把胳膊和手部的运动转化成真正的环境,这使得他们同时在真实环境和虚拟环境中进行普通的手部功能测试。这也为截肢军人提供有力且可支付得起的方式来学习如何使用他们的新义肢奠定了基础。

约翰·苏表示,一旦 HAPTIX 团队收到了德克公司的手臂,OSRF 的工作变得更加重要,因为他们将有机会看到模拟环境的实际工作状态如何然后将其优化使其尽可能的接近真实环境。

约翰·苏说道:“对于验证部分,我真的十分期待。对于很多的模拟平台,优质的验证数据非常匮乏。当我们在为 DARPA 机器人挑战项目涉及 Gazebo 时,我们并没有像 ATLAS 一样的机器人借以验证,因此要对它进行测试,可算得上是一项大工程。”

验证需要确保发送到德克虚拟手臂的指令,和发送到真实德克手臂所产生的动作是一致的。约翰·苏解释道:“我们向真实手臂和虚拟手臂发送指令,来看他们是否会有不同的表现。如果表现不同,我们会更新模型来使它们匹配。” 模拟越接近,对于 HAPTIX 来说,它就越有用。当然,最终目标是让这一切都在真实的硬件上运行,但是一个准确的详细的模拟器对于软件的有效开发至关重要。

第一代德克手臂最近抵达了 OSRF 进行验证测试,完整的硬件将于年底完成。OSRF 最近定期地发布一系列稳定版本的 HAPTIX 模拟器,随着臂部虚拟定位准确度,力量控制及回应,以及其他的动力系统在接下来几个月将被验证,OSRF 也将升级模拟软件来确保 HAPTIX 团队拥有所需工具进而迅速有效进行工作。

到 2017 年早期,HAPTIX 的第一阶段将完成,如果进展顺利,就会进行下一阶段,最终目标在于实现功能性的 HAPTIX 系统。DARPA 希望系统的实际实验到 2019 年可以实现,并且不久之后,任何截肢者都可以从宛如真手的义肢中受益。

via robohub

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