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5指機械手宛如人手,能抓生雞蛋而不破

2014年07月11日08:10    

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以人與機器人“共事”為目標的工業機器人開發。5指機械手的精巧性能引人矚目。它能成為生產現場的救世“手”嗎?

5根手指一根一根地慢慢彎曲,穩穩抓住生雞蛋。整個動作簡直跟人手一樣。

從JR京都站驅車15分鐘,就到了中小企業的工廠聚集的西大路上從事工業機器人開發及制造業務的風險企業SQUSE。

SQUSE於2005年開發出了有5根手指的機械手。其可與人類的手一樣,將食品等柔軟的物體“抓”“握”“捏”起來。除實現了“抓住生雞蛋而不破”這一公認機械手難以做到的動作之外,還可輕柔地拿起容易破碎的壽司、包子及棉花糖等。

該機械手除了用於研究外,尚未作為商品供應過。但隨著為人手不足所苦的工廠不斷增加,來自生產現場是否能將其用於自動化生產的垂詢在增多。

再現人手褶皺

“想盡可能地用機器人來代替人的手工作業”。SQUSE創始人、社長清水三希夫從這種想法出發,為賦予機械手以“生命”而展開研發。日本的機器人企業公認擁有世界最尖端的技術,在5指機械手的開發上,此次SQUSE走在了前頭。

清水社長對機械手的關注要追溯到2001年。當時SQUSE就在以“機器人與人共事的生產系統”為目標,從事FA(工廠自動化)設備的制造和銷售。但FA設備隻能在大量生產現場一展身手。進入自動化工序前的作業,最終隻能靠手工來完成。“正是手工作業支撐著工廠的生產”(清水)。出於這些思考,開始了機械手的開發。

原來經營男裝的清水三希夫社長。

被工業機器人蘊藏的可能性所吸引,創辦了企業。

對5指的執著,源於最初要完全取代手工作業的目標。有5指便可直接操控人類一直在使用的工具。

但並非一開始就是以實際的“手”為目標的。其間曾試制了多個露著金屬及樹脂的機械手。但從實際取代人工作業來考慮,必須要在抓取柔軟物體時不破碎。直接用金屬,就無法再現如同人手般的抓取作業及細致手指動作。

“反復扳動機器手嘗試,重新認識到了人手的厲害”。清水社長笑著回顧了當時反復嘗試的情形。

此次在技術上還得到了從事假肢研發的公司及大學等的協助。其中,開發人員注意到了人類利用關節的彎曲和手上的褶皺來抓取物體的現象。於是使用硅膠材料制作了接近人類皮膚的外皮。由於利用外皮的曲面來抓取對象物,因此與金屬機械手相比接觸點得到增加,能夠以包入的狀態輕柔地抓握。

將機械手實物拿到眼前,其逼真程度令人吃驚。試著握手時,該機械手輕柔回握的力,甚至讓人有種正與人握手的錯覺。

真實手指的動作用人造肌肉來實現。在各個手指中嵌入了利用氣壓來收縮的真空管型人造肌肉,通過輸入輸出空氣來運動。夾力(抓取物體的力)最大約為200g,可抓起最重約500g的物體。

日本產業革新機構出資5億日元

手指的動作可事先用專用軟件編程來細致控制。在指尖上配備傳感器時,還可由機械手自己來檢測物體的形狀及硬度,自動改變握力。設想在生產現場與機械臂組合使用,目標是取代原來需要靠人工來完成的工序。

“5指機械手會有需求嗎?”在開發之初,該機械手曾遭到周圍的冷眼。於是,營銷負責人抱著試制品轉遍了整個日本,通過實際演示宣傳了用機械手來代替人工作業的好處。隨著5指的精巧動作被媒體報道,該機械手的認知度得到了提高。與此同時,“能否將5指機械手用於生產現場”的咨詢也逐漸多了起來。

在SQUSE的產品中,5指機械手是最高檔機型。有很多企業感興趣,但同時他們也表示“還不需要如此精巧的機械手”。不過,其中也存在5指機械手的宣傳促進了2指及3指機械手銷售的情況。目前SQUSE正聯手汽車廠商及食品廠商等,瞄准制造工序自動化用途展開共同開發。

SQUSE從2014年4月起變更了結算期,其2013年10月∼2014年3月的銷售額達到近7億日元,隻用6個月時間就超過了2012財年(截至2013年9月)全年銷售額。在日本人手不足問題日趨嚴峻的形勢下,打算推進生產工序自動化措施的企業開始增多,該公司的控制系統軟件暢銷。

今年2月,SQUSE宣布日本產業革新機構將以5億日元為上限對其實施出資。除出資外,該機構還將為SQUSE提供經營支援,比如對業務提出建議、構筑業務體制等等。另外,海外的自動化需求也在擴大,除日本國內市場外,今后SQUSE還考慮在全球開展業務。

機器人與人類共存的社會正逐步成為現實。尤其是在制造現場,機器人已進入更接近作業人員的地方,其安全及技術要求變得越來越高。伴隨這一趨勢,SQUSE的5指機械手得以大展身手的日子也將為時不遠。(作者:齊藤 美保,日經技術在線!供稿)

(責編:值班編輯、庄紅韜)

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