BionicSoftHand

氣動(dòng)機(jī)械手與人工智能

無論是抓、握還是旋轉(zhuǎn)、觸摸、敲擊或者按壓——日常生活中，我們都會(huì)用手完成這些各式各樣的動(dòng)作。人手是大自然真正的杰作——一種多么奇妙的工具。沒有什么比在協(xié)作式工作空間中裝入有仿生夾具、且可以通過人工智能學(xué)習(xí)來解決各種各樣抓握和轉(zhuǎn)動(dòng)任務(wù)的機(jī)器人更便捷的了。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)：獎(jiǎng)勵(lì)原則

BionicSoftHand使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)法，即通過鞏固強(qiáng)化進(jìn)行學(xué)習(xí)。這意味著機(jī)械手將會(huì)習(xí)得一個(gè)目標(biāo)，而不是一個(gè)必須模仿的具體行為。這需要它通過反復(fù)嘗試（試錯(cuò)）實(shí)現(xiàn)。在所得反饋的基礎(chǔ)上——無論積極還是消極的反饋——它不斷優(yōu)化行動(dòng)，直到終成功完成任務(wù)。

現(xiàn)實(shí)機(jī)械手的數(shù)字雙胞胎

具體來說，BionicSoftHand應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)十二面骰子，終使預(yù)先的一面向上。借助在虛擬環(huán)境中借助深度相機(jī)數(shù)據(jù)與人工智能算法創(chuàng)建的數(shù)字雙胞胎，可以完成對(duì)必要行為策略的學(xué)習(xí)。

通過大規(guī)模并行學(xué)習(xí)快速傳授知識(shí)

數(shù)字模擬模型，尤其是在將模型數(shù)量增倍時(shí)，可大大加快訓(xùn)練速度。在大規(guī)模并行學(xué)習(xí)中，所習(xí)得的知識(shí)將共享給所有虛擬機(jī)械手，然后在新的知識(shí)水平基礎(chǔ)上繼續(xù)工作——一個(gè)錯(cuò)誤只犯一次。而成功的行動(dòng)會(huì)立即被所有模型采納。

模擬操控訓(xùn)練結(jié)束后，所習(xí)得的操控方法將被轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實(shí)的BionicSoftHand中。通過虛擬環(huán)境中習(xí)得的行為策略，機(jī)械手可將骰子轉(zhuǎn)動(dòng)至所需的一面，將來還可實(shí)現(xiàn)對(duì)其他物體的定向操作。通過這種方式將?已習(xí)得的知識(shí)模塊和新技能分享給其他機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)全面信息覆蓋。

氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與3D織物

與人類的手不同，BionicSoftHand沒有骨骼。它通過手指上的氣動(dòng)波紋管結(jié)構(gòu)控制動(dòng)作。當(dāng)氣室充滿空氣時(shí)，手指彎曲；氣室排空時(shí)，手指呈伸展?fàn)顟B(tài)。拇指和食指中還裝有旋轉(zhuǎn)模型，使這兩個(gè)手指可橫向移動(dòng)。通過這一設(shè)計(jì)，仿生機(jī)械手總共可實(shí)現(xiàn)12個(gè)自由度。

手指上的波紋管被一個(gè)特殊的3D紡織涂層包圍，該涂層由有彈性且高強(qiáng)度的線編織而成。紡織涂層用于確定該構(gòu)造擴(kuò)展的位置與發(fā)力點(diǎn)、以及擴(kuò)展受阻的位置。

壓電式比例閥實(shí)現(xiàn)調(diào)控

為了大限度減低BionicSoftHand軟管設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，開發(fā)人員在手的正下方設(shè)計(jì)了一個(gè)小型數(shù)字化調(diào)控的閥島。如此可不必通過牽拉整個(gè)機(jī)械臂完成對(duì)手指的操控。因此，BionicSoftHand的進(jìn)氣和排氣各通過一根軟管進(jìn)行，可以快速、輕松連接并投入運(yùn)行。使用的壓電式比例閥可控制手指運(yùn)動(dòng)。

人機(jī)協(xié)作潛力

BionicSoftHand中靈活的氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)以及對(duì)彈性材料和輕型部件的運(yùn)用使其不同于電動(dòng)或電纜驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手，也使其生產(chǎn)成本降低。由于采用模塊化設(shè)計(jì)，也可以更換使用三指或四指的夾具。

與氣動(dòng)輕型機(jī)器人（如 BionicCobot 或 BionicSoftArm）相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)直接且安全的人機(jī)協(xié)作。兩臺(tái)機(jī)器人均具有柔性，無需像傳統(tǒng)工廠機(jī)器人那樣與工人隔離。

因此，BionicSoftHand專為應(yīng)用于未來工廠的協(xié)作式工作空間而設(shè)計(jì)。由于靈活的機(jī)械手可有力且靈敏地抓握，因此可以作為各類組裝工作的“第三只”輔助手臂或用作服務(wù)機(jī)器人。