谁发明了带轮自适应手指,清华大学还是日本崇城大学?

在科技历史上,独立发明同样的东西是很有可能的,但是有时可能不是巧合,而是抄袭!

下图左边为清华大学研制的带轮自适应手,右边为日本崇城大学(SOJO University)研制的带轮自适应手指。

今天介绍中国、日本两国研究人员在带轮自适应欠驱动手指上的相同设计,请大家判断这是独立发明的巧合,还是后者抄袭了前者呢?

所以,首先要思考的问题就是:

清华大学与日本崇城大学究竟谁才是带轮自适应欠驱动手指的最早发明人?

自适应欠驱动手指

自适应欠驱动手指利用单个电机驱动多个指段转动,多个关节从根部到末端依次转动,具有适应不同形状尺寸物体的能力,降低了传感、控制需求,获得更稳定的抓取效果。

自适应欠驱动手指包络抓取物体的过程如下:

1. 日本崇城大学带轮自适应手指

2014年的一天,我在浏览近年来发表的机器人手指的论文时,找到日本崇城大学(SOJO University)计算机与信息科学系研究者Alireza AHRARY发表的论文:

标题为“带有被动自适应抓取的新欠驱动机器人手指及其在康复中的应用”,发表在2012年12月举行的IEEE/EMBS仿生工程与科学国际会议。

论文的英文摘要为:

This paper present a novel under-actuated robot finger mechanism, which has three phalanges and similar to a human finger with the capacity of easily arranging in multi series to realize a robot hand. The advantage of proposed finger is obtain more Degree-Of-Freedom (DOF) with less actuators and selfadaptive functionality under real life grasping without need for sensor feed back. The structure of proposed robot finger is briefly described and real world grasping experiment and its application to rehabilitation is also given.

摘要翻译如下:

提出了一种新型欠驱动机器人手指机构,该机构具有三个指段,与人手指相似,易于多个串联布置,实现了机器人手的功能。该方法的优点是在不需要传感器反馈的情况下,在真实的抓取环境下,可以用更少的驱动器获得更多的自由度(DOF)和自适应功能。简要介绍了该机器人手指的结构,并给出了实际抓取实验及其在康复中的应用。

论文宣称是新型欠驱动手指机构,可是,论文所介绍的手指装置与我们早年发明的欠驱动手指机构完全相同!

论文介绍的所谓新型欠驱动手指机构如下:

图中,Motor-电机,MCP Joint-基关节,Pulley-带轮,PIP Joint-中部关节,Belt-传动带,DIP Joint-远关节。

近关节轴和远关节轴分别有一个带轮,带轮之间有传动带,带有弹簧和限位装置。

实现了单个电机驱动三个关节的欠驱动效果,具有自适应抓取功能。

论文介绍了所研制的两款手指样机。

日本崇城大学研制的一款带轮自适应手指自适应抓取物体过程如下:

只用一个电机驱动,手指上的三个关节从根部到中部依次转动,最终实现了包络抓取效果。

日本崇城大学研制的第二款带轮自适应手指如下:

抓取物体过程为:

在该论文的参考文献14篇中并没有提到我们的专利或论文。

2. 清华大学带轮自适应手指

完全相同的带轮自适应欠驱动手指机构早在2007年就由清华大学2006级土木系本科生邱敏设计出来,2008年1月申请了中国发明专利,2010年7月获得授权。

邱敏(带轮自适应手指发明人、2006级土木系本科生)

邱敏同学2006年考入清华大学机械系,大二转到土木系,本科毕业后到中科院电子所读硕士,之后赴德国亚琛工大读博士。获博士学位。邱敏同学在大一至大二(2007-2008年)参加了清华学生研究训练(SRT)计划,获得发明专利授权3项、2008年智能机器人与应用国际会议(ICIRA2008)最佳论文奖、2008年清华大学SRT优秀项目一等奖。

2009年我们在清华大学学报(自然科学版)发表了学术论文介绍该手指:

论文写道:“为了实现自适应抓取效果、拟人化外观和具有末端强力抓取功能的机器人手,采用带轮传动、弹簧约束和活动套接的中部指段,设计了一种新型欠驱动手指机构……”

设计的机构原理为:

具体设计的手指为:

采用带轮式自适应欠驱动手指,构成的拟人机器人手如下,我将其简称为TH-3B手——清华3号手,其中字母B代表带轮(Belt)。

上述机器人手中既有采用带轮欠驱动机构的两关节手指(拇指),也有三关节手指(四指)。

2012年春季学期,清华大学学生李国轩(2007级机械系本科生,2011级机械系硕士生)、李博闻(2009级自动化系)研制出了带轮式直接自适应欠驱动手(Directly Self-adaptive Underactuated Robot Hand),简称DISA手(也称为DSUA手)。

2012年初,清华大学张文增团队成功研制了带轮自适应欠驱动机器人手

带轮自适应手研发人员:李国轩、李博闻

李国轩同学2007年考入清华机械系,本科期间参加学生研究训练(SRT)计划项目,获得首都高校机械创新设计大赛一等奖、清华SRT优秀项目特等奖,2011年攻读硕士学位,发表SCI论文4篇,获得发明专利授权8项,获德国亚琛工大双硕士学位,获得清华大学特等奖学金、优秀硕士论文、优秀硕士毕业生。

李博闻同学2009年考入清华自动化系,本科期间参加学生研究训练(SRT)计划项目,获得2010年机器人焊接智能化与自动化(RWIA2010)国际会议最佳论文奖、清华大学SRT优秀项目特等奖、清华大学电子设计大赛特等奖。毕业后赴美攻读约翰·霍普金斯大学硕士学位和博士学位。

清华研制的带轮自适应手的视频:

DISA手:

DISA手控制系统原理:

DISA手完成一些手势动作:

DISA手抓取不同形状、尺寸的物体:

DISA手在2012年设计与制造前沿国际会议(ICFDM2012)被评为十篇优秀论文之一。

在国际期刊IJPEM发表论文:

图中,1-电机,2-减速器,3-基座,4-第一指段,5-第二指段,6-过渡轴,7-近关节轴,8-远关节轴,9-第一锥齿轮,10-第二锥齿轮,11-第一带轮,12-过渡带,13-第二带轮,14-传动带,15-第三带轮,16-第一弹簧,17-第二弹簧

因此,可以作出如下结论:

清华大学早于日本崇城大学发明了带轮自适应手指!

关于日本崇城大学是独立发明了同样的带轮自适应手指,还是抄袭了清华的设计,不能轻易下结论,需要调查和分析。

我觉得可能是独立发明,也许日本学者并没有看到我们的成果,我愿意相信这是个巧合。你觉得呢?

该文章内容转载自先进机器人手,如有侵权请联系删除

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