试试大小:名牌服装给机器人的触觉
创新、触摸感应纺织品帮助提升机器人
机器人的研究和开发已经在过去的几十年里取得了长足的进步,但不一定是科幻作家的想象。电子人渐渐接管世界,而是现代研究侧重于设计机器人excel在危险或麻烦的情况下人类,如执行灾难侦察或可靠地完成重复的任务。虽然这些机器人已经被证明是有效地完成物理任务,学习自然与人类交互费用仍然是一个挑战。
获得一个新的角度看待这个问题,从德雷塞尔大学的机器人表现力和创意交互技术(激发)中心组成了一个跨学科的合作大学的吗中心功能面料(CFF)。这种努力提供其内部机器人,葫博,一个独特的优势在理解人类:服装。
虽然仍在开发的早期阶段,远离时尚,服装给葫博的触觉。团队正致力于开发触摸衣服葫博,区分细微的水龙头的肩膀等具有潜在危险的积极推动。
理查德•Vallett瑞安年轻,Youngmoo金正日激发中心展示的葫博博士。图片来源:德雷克塞尔大学。
灵感就在房间
机器人技术和纺织技术的组合听起来有悖常理,但实验室的领导研究人员说,对他们来说,不可能是更自然的合作。
“有很长一段时间一个团队致力于机器人时,20英尺之外,另一个团队正在与智能织物。然后一些创新的人问,“如果我们把一些织物的机器人吗?“Youngmoo Kim博士说,激发中心的主任。“激发是一个跨学科的空间和机会很多不同类型的研究努力相交。”
研究人员说,这种合作正是大学所想要的设计激发中心时,房屋研究人员探索从表达机器人(如葫博)到创业游戏设计和电脑针织。兴奋中心的使命“维护一个环境鼓励偶然交换知识和思想”是一个恰当的描述的葫博的衣柜:协作开始作为一个搜索找到葫博一个保护层,不脆弱,比当前PVC保护壳。
“这些花哨的塑料外壳会让它看起来非常超前,但他们非常脆弱,不保护机器人很好,”金说。
CFF自2012年以来一直激发不可或缺的一部分当日本技术公司日本岛精捐赠16工作站和大学三个电脑针织系统。这些电脑针织机器组装线成一行一行地纺织,类似于3 d打印机层塑料。CFF的机器使用导电纱线创建聪明、灵活的衣服不需要额外的嵌入式电子产品。迄今为止,该实验室已经利用这种技术制造能源存储和wi - fi服装的收获,甚至设计一个智能的腹带的准妈妈,监测宫缩没有额外的组件。但时穿着的葫博,CFF的导演,戴恩吉纳维芙说,两支球队都有一些障碍要克服。
在激发学生工作中心。图片来源:德雷克塞尔大学。
葫博穿着新服装针织敏感。图片来源:德雷克塞尔大学。
学习如何成功的服装
除了设计葫博的衣服防止碰撞和机械损坏,研究人员努力设计一个结构,可以改善葫博与人类的相互作用。第一任务,团队组合衬垫纺织品、气线对抗日常磨损。结果是一组庞大的匹配的深灰色的袖子,裤腿,一件衬衫。
迪翁说,这一成就是重要的不仅为他们的项目的功能,而且对智能纺织品作为一个整体的理解。虽然我们可能认为纺织品可支配或脆弱,葫博的盔甲是证明耐用这些面料如何甚至比工业级塑料在这种情况下。
除了保护葫博,团队还必须设计触摸衣服电容触摸传感器的形式。像一个电脑键盘,这些触摸传感器被设计成压力和位置的触觉和机器翻译成可用的数据,例如,移动你的鼠标,或者在葫博,回答这个问题,“有人触摸我吗?”
“这些花哨的塑料外壳会让它看起来非常超前,但他们非常脆弱,不保护机器人很好。”
Youngmoo金
触摸感应的衣服
葫博的新衣服,传感器在本质上是与导电回路针织纱作为线路和标准,导电纱线形成服装的结构。电路工作原理就像一个智能手机触摸屏:当一个人的皮肤按裸露导电纱,它使机器人的触觉,测量的位置和压力。
压力和位置告诉人类很多关于联系人:如果有人轻轻轻拍你的肩膀,他们想获得你的注意。硬从后面推一个非常不同的通信,并明显,消息。
目标是相当简单的,这个领域的新兴性质意味着团队必须从头开始工作来确定这些传感器对机器人的工作。很难翻译一个呆板,复杂的电路设计可以编织成一个灵活的传感器。与印刷电路包含许多层次的个人电线,该小组的任务是想象一个设计,使用尽可能少的层和电线。葫博的灵活性意味着他的衣服,和他们的线路,需要折叠和flex葫博动。这些约束导致了许多问题:如何布线集成到织物和连接到外部传感控制器?传感器的针织电路如何生存重复弯曲和拉伸?传感器如何辨别外部接触从一个由折叠或弯曲?和传感器如何解决实际问题如被洗过吗?
一个简化的电路使用触摸屏有利结构的概述。图片来源:德雷克塞尔大学。
“我们想要处理像纺织和传感器是可以折叠的,拉伸,和洗没有退化或副作用。”
理查德Vallett
“我们想要处理像纺织和传感器是可以折叠的,拉伸,和洗没有退化或不利影响,”Richard Vallett说,首席研究员博士生项目。
特写的葫博的触摸感应套筒和葫博的全身防护服。图片来源:德雷克塞尔大学。
感应,就像一个智能手机触控板
设计师选择自电容传感方法。自电容传感寄存器触摸只从导电的东西,比如我们的指尖。大多数智能手机都使用同样的方法,这就是为什么我们必须脱下手套文本。使用自电容传感葫博的衣柜里意味着无意压力传感器从折叠或拉伸不注册为联系。
探索这个新领域,团队转向MathWorks。Vallett说他们使用MATLAB®和仿真软金宝app件®触摸检测模式灵活的传感器。随着传感器的电路变得更复杂,他们使用Simscape™模型预期输出和性能以及减轻任何测量的不确定性。
触摸传感器操作不像传统电容式传感器,它依赖于许多电线与低电阻测量的网格触摸的位置。相反,传感器使用一个高电阻的导电纱线著整个纺织品的表面。低电流线允许细电压的变化来衡量纱线路径的两个端点。联系然后推断从电压微分线性距离沿着路径。团队能够优化电行为通过改变传感器通过物理手段抵抗。针织裸露导电纱线形成复杂电网络的循环。通过改变编织模式和个体数量的纤维在纱线的成分,团队可以最大化敏感性不失性能。找到合适的组合,这两个因素是关键。
“实验通过仿真软件运行的参数模型进行物理测试之前,“Vallett说。金宝app
模型的可视化输出能力使团队设计一组解耦方程来跟踪一个触摸的位置和压力传感器测量了从两个耦合电压信号。由于虚拟模型允许他们理解虚拟传感器的标准输出和数据中确定趋势,他们能够设计和测试的网络传感器,能够探测准确触摸位置使用单一软线和肯定,折叠和重叠线不会模糊输入位置。
通过设计过程,团队也意识到他们孤注一掷的方法测量接触位置可能需要修订。
“我们从试图与我们的位置非常精确传感攻和手势,”迪奥说。”,真的很有趣,因为它不像我们没有思考;我们只是试图寻求最佳的解决方案。”
团队仍然在完善葫博的新衣服,但他们希望提高织物的接触精度和灵敏度以及扩大技术实验室和帮助这些机器人集成他们旨在帮助的社区。
“我们设想未来机器人是真正的辅助设备,”金说。“如果你想要一个机器人在家里谁能倒垃圾或洗碗,它需要与人交互更自然比我们现在的能力水平。各种形式的传感,特别是触碰,是一个巨大的一部分。”
所以,当葫博穿着他的新衣服和你拍拍他的肩膀,不要太惊讶,当他转身看到你想要的。
