Bàn tay khéo léo 20{1}}bậc tự do{2}}tự do nhỏ nhất thế giới, được phát triển bởi công ty Trung Quốc Encos

Bàn tay khéo léo 20{1}}bậc tự do{2}}nhỏ nhất thế giới do công ty Trung Quốc Encos phát triển

Một công ty-có trụ sở tại Nam Kinh đã đạt được sự cân bằng hoàn hảo giữa quy mô và mức độ tự do trong sản phẩm của mình, vượt qua "tam giác bất khả thi" về hiệu suất-bậc tự do{2}}của khối lượng. Bàn tay khéo léo này, có tên là EC-DexHand-5F, không chỉ tự hào có 20 bậc tự do hoạt động mà còn là mẫu nhỏ nhất hiện có trên thị trường!

Sản phẩm này đã ra mắt thành công tại Hội nghị Công nghiệp Trí tuệ Thể hiện và Robot hình người năm 2025 được tổ chức tại Bắc Kinh vào ngày 15 tháng 4.

Bàn tay khéo léo có 20-Bậc{2}}tự do nhỏ nhất:

Công nghệ bàn tay khéo léo đặt ra những thách thức đáng kể, với nhiều tuyên bố trong ngành thường bị phóng đại. Theo Giảng đường Robot, nhiều nhà sản xuất tiếp thị sản phẩm của họ là "20 bậc tự do" hoặc "16+ bậc tự do", nhưng thường chỉ rõ "12 bậc tự do tích cực". Những sản phẩm như vậy thường gặp khó khăn để được các doanh nghiệp nước ngoài và phòng thí nghiệm của trường đại học công nhận.

Lý do nằm ở kỹ thuật cơ khí, trong đó bậc tự do chủ yếu đề cập đến số lượng thông số chuyển động độc lập cần thiết để cơ cấu đạt được một chuyển động cụ thể. Hầu hết những cái-được gọi là 20-bàn tay khéo léo DOF trên thị trường về cơ bản không đáp ứng được tiêu chuẩn này, với mức độ tự do thực sự của chúng bị giới hạn ở mức độ hoạt động được chỉ định. Do đó, khi công ty chế tạo robot Tesollo của Hàn Quốc ra mắt dụng cụ kẹp hình người năm ngón Delto Gripper-5 Finger (DG-5F) vào tháng 2 năm nay, nó đã được quảng cáo là sản phẩm nhỏ nhất thế giới với 20 bậc tự do độc lập thực sự.

So với DG-5F của Tesollo, EC-DexHand-5F mới ra mắt của Inks không chỉ có kích thước nhỏ hơn - thể tích của nó giống hệt với thể tích của bàn tay nam giới trưởng thành - mà còn thể hiện sự phân bổ tự do phù hợp chặt chẽ hơn với bàn tay con người. Thiết kế này tạo điều kiện cho bàn tay khéo léo vận hành từ xa để thu thập dữ liệu bằng cách tận dụng các thiết bị khác để theo dõi trạng thái của bàn tay con người.

Về mặt kỹ thuật, bàn tay khéo léo của robot phức tạp hơn nhiều so với các thành phần robot khác và việc đạt được mức độ tự do cao hơn trong phạm vi dấu chân nhỏ hơn không phải là điều dễ dàng. Trong thiết kế phần cứng, việc thu nhỏ bậc tự do của mỗi khớp nối đòi hỏi phải cân bằng giữa độ chặt và tính toàn vẹn của cấu trúc. Ví dụ, ngón tay sinh học phải chứa các bộ truyền động, cơ cấu truyền động và cảm biến trong khi vẫn duy trì sự cân bằng giữa lực đầu ra và tốc độ phản hồi. Việc lựa chọn vật liệu cho ngoại thất cũng phải cân bằng giữa kết cấu nhẹ với độ bền, khả năng thích ứng và độ cứng.

Các thuật toán phần mềm còn phải đối mặt với những thách thức lớn hơn. Việc giải các phương trình-thời gian thực cho bàn tay khéo léo có-mức độ-tự do{4}}cao liên quan đến các vấn đề tối ưu hóa toán học có tính dư thừa cao, đòi hỏi các giải pháp khả thi nhanh chóng thông qua các phương pháp như nghịch đảo giả của ma trận Jacobian hoặc mạng lưới thần kinh. Ví dụ: trong các thao tác phối hợp nhiều{6}}ngón tay, cần phải lập kế hoạch động cho các mômen khớp để tránh tự va chạm trong khi thích ứng với các hình dạng và trọng lượng khác nhau của vật thể-đòi hỏi tài nguyên tính toán theo thời gian thực{9}}cực kỳ cao. Hơn nữa, điều khiển trở kháng đòi hỏi phải lập mô hình chính xác về độ cứng môi trường và các thông số giảm chấn, trong khi việc duy trì sự ổn định dưới các nhiễu động vẫn là một thách thức đáng kể.

Cách tiếp cận của Inks phá vỡ các cấu trúc thông thường bằng cách triển khai giải pháp khớp nối thu nhỏ cải tiến trên EC-DexHand-5F. Mỗi khớp ngón tay hoạt động được thiết kế như một đơn vị mô-đun độc lập, tích hợp động cơ, bộ giảm tốc và trình điều khiển. Thiết kế điều khiển-truyền động phân tán này cho phép lắp ráp và tháo rời bàn tay khéo léo bằng sự linh hoạt của các khối xây dựng. Nó tránh được các chuỗi truyền động đa khớp phức tạp thường thấy trong các thiết kế truyền thống, chẳng hạn như các gân lồng vào nhau hoặc các bánh răng liên kết, do đó làm giảm độ phức tạp cơ học tổng thể.

Có thể thấy trước rằng EC-DexHand-5F sẽ mang lại hiệu suất vượt trội về tuổi thọ và độ tin cậy nhờ các khớp nối mô-đun và thiết kế làm mát dự phòng. Inks tiết lộ rằng công ty đã lên kế hoạch cho các bài kiểm tra sức chịu đựng về tuổi thọ cho các tình huống công nghiệp và y tế điển hình, với một báo cáo xác minh độ tin cậy toàn diện dự kiến ​​phát hành vào năm 2025. Báo cáo này sẽ cung cấp cho người dùng trên các lĩnh vực khác nhau các tiêu chí lựa chọn có thể định lượng. Mặc dù dữ liệu về tuổi thọ sử dụng cuối cùng yêu cầu xác nhận thông qua thử nghiệm vận hành trong thế giới thực, dựa trên các thử nghiệm lão hóa nhanh trong phòng thí nghiệm và hiệu suất trước đây của các mô-đun tương đương, sản phẩm của Inks cũng được kỳ vọng sẽ mang lại độ bền ấn tượng.