《校友通讯》

东南大学藏着神奇的机器人世界网络世界“隔空握手”即将实现

发布时间:2013年10月12日来源:校友总会浏览次数:897

     戴上“肌电假手”,残疾人可以轻松拿起软软的纸杯,一把带着小小的卷尺的机器人,日后可能登陆月球轻松探取月壤,在网络世界中体验真实的隔空握手也不再是梦……这一切都是机器人的“本领”。

    来自东南大学机器人传感与控制技术研究所的宋爱国所长,因为这些神奇的机器人研究中的卓越贡献,近日被评为江苏省第十届优秀科技工作者,昨天记者走近了他,探访了藏在东南大学里的这个神奇的“变形金刚世界”。

    带把小“卷尺”,登陆月球可轻松“取壤”

    嫦娥一号、嫦娥二号相继“飞天”,我国探月工程正在紧锣密鼓实施中。预计在2013年发射的“嫦娥三号”将实现在月球表面的软着陆,而宋爱国和他的团队也已经完成了月球土壤取样仪器的研发工作。“上世纪60年代,美国、苏联就成功在月球上成功取样了。不过,他们的取样仪器体积大、功耗大、重量大。我们研发的仪器体积很小,很轻便,功耗也小。”宋爱国拿着一个钢制“卷尺”模样的小仪器说:“它的伸长臂可以达1米,能进入10厘米的月壤中取样,一次取40立方厘米。如果取样的尖头触碰到岩石,立即就能通过高频震动把岩石挪开,如果岩石体积较大,取样仪会发出信号给月球车,换个地方继续取样。”

 宋爱国说,月球土壤取样仪的设计非常精密,对封闭性能的要求特别高,目前的成品已经过无数次试验,技术也已经很成熟。但是还需要解决仪器的稳定性和可靠性问题,“这次‘嫦娥三号’上不会使用,但以后的深空探测上,它会派上大用场。”宋爱国表示。

    地面月球车模拟嫦娥三号“登月”遥控

 此外,宋爱国和他的研究团队刚刚完成了“嫦娥三号”的两台地面月球车的研制。“它们主要是为进行模拟实验时使用,和着陆月球的月球车相比,遥控功能相同,机械手相同,不同的就是车体和形状。”

 宋爱国说,由于月球车的地面和嫦娥三号的通讯传输的带宽是有限的,因此指令的发出,会有一个几秒钟的延时,地球上的一个指令,需要几秒后月球车上才能接受到信号,目前这个遥控的技术已经解决了。

 据了解,“嫦娥三号”登陆点选择了相对平坦的虹湾,就是尽可能保证月球车的平稳。“而到了月球上,月球车采取遥控操作和局部自主的工作方式。”宋爱国表示,大多数情况下,他的工作由地面发出指令,但是在一些特殊的情况下,比如避障、地面指令突然中断等,就要看月球车自身的本事了。

 隔空握手,即将成为现实

 “你试试操作一下这个机械手,会有特别的感觉。”宋爱国教授指着一台造型特别的机器对记者说,这台机器和电脑相连,界面上显示的是一只正在水池里游泳的鸭子。当记者操作的时候,通过这只机械手,不光能推动这只鸭子,还能感受到鸭子“身体”的弹性。不光如此,宋爱国介绍说,接收到“触摸”指令后,虽然“机械手”远离物品,但当“滑过”物体表面的纹路,它就出现明显的抖动;当物体是热的,“机械手”上的模板也会变热……

    据了解,这只厉害的“手”,全名叫做“遥控机械手”,属于遥控操作机器人,它的用途也是非常广泛的。比如远程控制、虚拟实验室等。“现在盲人上网主要通过听觉来控制,但如果可以把网络的图片通过专业转换成我们需要的模式,那么盲人就能直观感受到这幅图片到底是什么样子。”宋爱国说,比如图片里的桌子放在哪里,图片里人的位置是什么等,另外,随着这个技术的发展,我们还能实现通过网络隔空体验现实世界中“握手”的感觉。

 “愤怒的小鸟”这个游戏很多人都喜欢玩,在这个“变形金刚王国”里,也正在“酝酿”一名新成员。“我们希望将这种机械手做得小型化,和手机的手写笔差不多大。有了它,我们在玩游戏的时候,不光能感受到橡皮筋绷的力度,还能‘触摸’到小鸟们的‘身体’,真正融入进游戏里。”宋爱国表示,今年这个项目正式启动,预计3年后,智能手机和平板电脑就能配备这样的设备。

 不足1斤的“感官手”能承重5公斤

 肢残人因为手的残缺,对生活影响很大。但是在这里,已经为残肢人群开发了“肌电假手”。记者看到,这肌电假肢与人手大小相同,触感相似,利用机构和感知功能一体化的仿生机械设计模拟人手抓合动作。外表覆盖有模拟皮肤的硅胶外套,连指甲上的“小月牙”都能看见。使用时,只需运用手腕上扬下压的动作就能控制肌电假肢抓取物品,例如水杯、鸡蛋、钢笔等。设备最大的亮点是具有力触觉,碰触物体时,会以震动的形式反馈给使用者。

 “这种假手现在已经研究到第三代了,第三代不光能做很多事情,关键是自带的传感器,可以把假手的力度传到我们的神经系统,让使用者真实感受到使用时的力度,以便做出更精密的动作。”宋爱国说,很多装了假肢的残疾人都有这样的体会,虽然可以走动,但其实并不知道自己用了多大力,比如在下楼梯时经常会感觉楼梯随时会倒塌,这就是对力度无法把握。第三代的“肌电假手”可以满足这样的需求。“我们做过实验,这种自身重量不足1斤的假手最重能承受3—5公斤东西。”宋爱国表示,这种假手主要针对的是还保有手腕的残疾人,如果没有手腕,还可以使用脑电控制的假手,这种假手目前正在研究阶段。

 为空间站机械手臂安上“感觉系统”

 在中国空间站的组建计划中,机械手臂的作用不容忽视,专家告诉记者,在空间站大约6至7小时就需要经历了一个白天和黑夜。为了提高航天员的工作效率,机械手臂需要将宇航员送到舱外,而其本身还要负责进行更换空间站元器件以及太阳能电池板的工作。

 而在空间站机械手臂的研制过程中,机械手臂六维力传感器是一个研究难点,它相当于机器人的感觉系统,其精确度对于操控机器人如何工作至关重要。

 宋爱国解释说,目前对于作用力的传感器技术,单一维度的传感器精度已经非常高,精确率可以达到万分之一级别,然而对于多维力的传感器来说精确率却不容易提高,这是因为不同维度的力会有耦合作用,另外在太空环境中由于高低温环境,都是对传感器稳定度和寿命的一个考验,目前东南大学机器人传感与控制研究所已经攻克了这个难题,为中国空间站机械手臂提供更灵敏的感觉系统。

(转自《金陵晚报》)