NRI: Small: Compliant Multifunctional Robotic Structures for Safety and Communication by Touch
NRI: Small: Compliant Multifunctional Robotic Structures for Safety and Communication by Touch
批准号:
1317913
负责人:
Hugh Bruck
金额:
$60.0万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2013
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2013-09-01 至 2017-08-31
中文摘要
这项研究的目标是使机器人能够通过使用新的顺应性多功能结构通过人的触摸进行物理交流,从而实现更好的训练。为了实现这一点,将开发导电聚合物阵列,以形成一个类似于人类神经系统的系统,该系统可以感知形状和力的分布。该传感器阵列将使用可扩展的添加剂制造工艺集成到复合材料泡沫结构中。为了支持模型的开发并作为机器人平台上这些多功能结构的概念验证,将使用与不同柔度的对象交互的机械臂进行模拟的联合机器人实验。相关接触力学的实验细节将使用数字图像相关和传统视频成像进行实时量化。通过使用一种新的奇异值分解方法求解非线性逆问题,传感器阵列的输出将与形状和力分布相关。研究成果将被记录和传播,实验将转化为针对年轻女孩的STEM演示。这项研究将导致新的顺应、可扩展的传感结构,同时实时监测全局和局部形状以及力分布。由于机器人尚不存在符合要求的多功能传感结构,可以预见,拟议的工作将使训练机器人的新的生物启发控制原理得以实现。这将通过将机器人与人类的交互与其环境中的其他对象区分开来,显著提高在合作机器人中进行更安全的交互和决策的能力。拟议的研究和教育整合将培养新的机械工程师,以创造多功能产品,使医疗保健等关键领域的现有产品具有新产品和新能力。新的制造方法将使这些结构能够以具有成本竞争力的方式在美国制造,增加就业。
英文摘要
The objective of this research is to enable better training of robots by enabling them to physically communicate via human touch using new compliant multifunctional structures. To achieve this, arrays of conducting polymers will be developed to form a system similar to the human nervous system that can sense shape and forces distributions. This sensor array will be integrated into composite foam structures using a scalable additive manufacturing process. To support development of models and to serve as proof-of-concept for these multifunctional structures on robotic platforms, simulated co-robotics experiments will be conducted using a robotic arm interacting with objects of varying compliance. Experimental details of the associated contact mechanics will be quantified in real-time using Digital Image Correlation and conventional video imaging. Output from the sensor array will then be related to shape and force distributions by solving the nonlinear inverse problem using a novel Singular Value Decomposition method. Research results will be documented and disseminated, and the experiments will be converted to STEM demonstrations targeted at educating young girls.This research will lead to new compliant, scalable, sensing structures that simultaneously monitor in real-time both global and local shapes, as well as force distributions. Since compliant multifunctional sensing structures do not yet exist for robots, it is envisioned that the proposed work will enable realization of new bio-inspired control principles for training robots. This will significantly advance the ability to make safer interactions and decisions in co-robotics by differentiating robotic interactions with humans from other objects in their environment. The proposed integration of research and education will train new mechanical engineers to create multifunctional products that enable new products and new capabilities in existing products in critical areas such as healthcare. The new fabrication methods will enable these structures to be manufactured in the United States in a cost-competitive manner, increasing employment.
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会议论文
REU Site: Research Opportunities in Bioinspired Robotics
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批准号:1560268
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项目类别:Standard Grant
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财政年份:2017
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负责人:Hugh Bruck
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负责人:Hugh Bruck
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依托单位:
国内基金
海外基金
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