试试这个论尺寸:名牌服装给人机器人触觉
创新,触摸敏感纺织品有助于提升机器人
机器人研究和开发已经走过了漫长的道路,在过去的几十年,但不一定作为科幻作家的想象。相反接管世界机器人作战的,现代的研究主要集中在那些危险的或乏味的人的情况下,如执行灾难侦察或可靠地完成重复任务设计的机器人到Excel。虽然这些机器人已被证明是有效完成任务的身体,学习他们的人收费自然互动仍然是一个挑战。
为了对这个问题有一个新的看法,德雷克塞尔大学的机器人专家们表现力和创意互动科技(激发)中心与大学的中心功能性面料(CFF)。这方面的努力提供他们的内部机器人HUBO,具有得天独厚的优势,当谈到理解人类:服装。
虽然还处于开发的早期阶段,还远未成为时尚宣言,但这款服装给了Hubo一种触感。这个团队正在为Hubo开发一种触摸敏感的衣服,这种衣服可以让它分辨出细微的动作,比如轻拍肩膀,和有潜在危险的用力推。
灵感对面的房间
机器人技术和纺织技术的组合听起来可能违反直觉,但实验室的领先研究人员说,对他们来说,合作可能不会有更自然。
“有很长一段时间,一个团队在研究机器人技术,而就在20英尺外,另一个团队在研究智能面料。然后一些有创意的人问道:“如果我们给机器人穿上一些布料,会发生什么?”’”ExCITe中心主任金永茂博士说。“ExCITe就是要有一个跨学科的空间,让很多不同类型的研究努力交叉。”
研究人员说,这种合作是在设计激励中心,房屋研究者谁探索一切从表现机器人(如HUBO)创业型游戏设计和电脑针织大学的时候脑子里想的是什么。The ExCITe Center’s mission to “maintain an environment encouraging the serendipitous exchange of knowledge and ideas” is a fitting description in the case of Hubo’s wardrobe: The collaboration began as a search to find Hubo a protective covering that was less brittle and more protective than its current PVC shell.
“这些花哨的塑料外壳会使其看起来很有未来感,但他们都非常脆弱和不保护机器人非常好,” Kim说。
2012年,日本科技公司Shima Seiki向ExCITe捐赠了16台工作站和3套电脑编织系统,自那以后,CFF就成为ExCITe不可或缺的一部分。这些电脑编织机将纱线一排排地组装成纺织品,类似于3D打印机将塑料分层。CFF的机器使用导电纱来制造智能、柔韧的服装,而不需要额外的嵌入式电子设备。到目前为止,该实验室已经利用这种技术制造了用于储存能量和收集Wi-Fi能量的服装,甚至还为准妈妈们设计了一种智能“肚带”,它可以监测子宫收缩情况,而不需要额外的部件。但到了为胡博设计服装的时候,CFF的主管吉纳维芙·迪翁(Genevieve Dion)说,两个团队都有一些障碍需要克服。
学习如何着装成功
除了设计HUBO的服装,以防止碰撞和机械磨损和撕裂,研究人员努力设计出能够改善HUBO与人类互动的织物。对于第一个任务,团队组合填充纺织品和高强度丝打击日常磨损。其结果是一个庞大的组匹配深灰色袖子,裤腿的,和衬衫。
Dion说,这一成就不仅对他们的项目的功能性很重要,而且对理解智能纺织品作为一个整体也很重要。虽然我们可能认为纺织品是一次性的或者脆弱的,但是Hubo的盔甲证明了这些织物是多么的耐用——甚至比工业强度的塑料还要耐用。
除了保护Hubo,该团队还必须设计电容式触摸传感器形式的触摸敏感服装。就像电脑键盘一样,这些触摸传感器被设计用来感知触摸的压力和位置,并将其转化为机器可用的数据,比如移动光标的位置,或者对“Hubo”来说,用来回答“有人在触摸我吗?”
“这些花哨的塑料外壳会使其看起来很有未来感,但他们都非常脆弱和不保护机器人非常好。”
Youngmoo金
触摸感应式服装
对于HUBO的新服装,传感器基本上与两个导电纱线作为布线和标准的非导电纱线来形成服装的结构针织电路。该电路的工作原理是智能电话触摸屏:当一个人的皮肤按压裸露导电纱线,它给机器人触摸感,测量触摸的位置和压力。
压力和位置能告诉人们很多关于接触的信息:如果有人轻拍你的肩膀,他们想引起你的注意。从后面用力的推搡传达了一个非常不同的、明显的信息。
虽然目标是相当简单的,这个领域的新兴性质意味着团队必须工作,从地上爬起来,以确定如何这些传感器的机器人工作。这很难不灵活的,复杂的电路设计转换成一个可被编织成柔性传感器。不像含有单独的线的许多层印刷电路,该球队的任务是设想用作几层和电线尽可能的设计。HUBO的灵活性意味着他的衣服,和他们的电路,需要折叠和弯曲的HUBO移动。这导致了许多问题的制约:如何将接线融入面料和连接到外部传感控制器?如何将传感器的针织电路承受反复弯曲和伸展?传感器将如何辨别从一个外部触摸通过折叠或弯曲触发?而如何将传感器解决实际问题,如被清洗?
“我们想要的传感器等的织物进行处理,并能够被交叠,拉伸,并且在不降解或不利影响洗涤。”
理查德Vallett
“我们希望将传感器等的织物进行处理,并能够被交叠,拉伸,并且在不降解或不利影响洗涤,”理查德Vallett博士说候选人,并在该项目首席研究员。
触摸传感器没有操作像传统的电容式传感器,其依赖于许多电线与到测量触摸位置低电阻的网格。取而代之的是,传感器使用的高电阻的单导电纱线横跨纺织品的表面蛇形。通过纱线的低电流允许电压微调以从纱线路径的两个端点来测量。触摸然后从电压差为沿路径的直线距离推断。该小组通过物理手段改变传感器的电阻能够调整电气性能。裸导电纱线形式复杂的电气网络的针织线圈。通过改变针织图案和纱线的组成单纤维的数量,团队可以最大限度地提高灵敏度不失性能。发现这两个因素的正确结合是关键。
“实验的参数运行通过Simulink模型,我们进行任何物理测试之前,” Vallett说。金宝app
可视化模型的输出的能力使团队设计一组去耦方程来跟踪来自两个耦合的电压信号测量的传感器的单个触摸的位置和压力。Since the virtual model allowed them to make sense of the virtual sensor’s nonstandard output and identify trends in the data, they were able to design and test a network of sensors that could detect accurate touch location using a single flexible wire and be certain that the folded and overlapping wire would not obscure the input location.
在设计过程中,球队也逐渐认识到,他们要么全有要么全无的方法来测量触摸位置可能需要修订为好。
“我们从试图与我们的定位非常精确的传感攻和手势切换,”翁说。“这很有趣,因为它不是像我们并没有考虑这件事;我们只是想追求最好的解决方案。”
该团队仍在完善Hubo的新衣服,但他们希望提高织物的触摸精度和灵敏度,并将他们的技术扩展到实验室之外,帮助这些机器人与他们的目标社区整合。
“我们设想在未来,我们的机器人是真正的辅助设备,”Kim说。“如果你想要一个机器人在你的房子周围,它可以倒垃圾或洗碗,它需要在一个比我们现在能做到的更自然的水平上与人互动。”各种形式的感知,尤其是触摸,是其中很大一部分。”
所以,当Hubo穿着他的新衣服,你拍他的肩膀,当他转过身来看你想要什么时,不要太惊讶。