Dotykowo-reagujący chwytak robota który manipuluje kablami

Manipulowanie cienkimi, elastycznymi przedmiotami, takimi jak liny, druty czy kable zwykle bywa uciążliwe dla ludzi. Jeśli te problemy są trudne dla ludzi, to dla robotów są prawie niemożliwe. Ponieważ lina przesuwa się między palcami, jej kształt ciągle się zmienia, a palce robota muszą nieustannie wyczuwać i regulować położenie oraz jej ruch.

W standardowych podejściach zastosowano szereg powolnych i stopniowych odkształceń, a także uchwyty mechaniczne, aby wykonać zadanie. Niedawno grupa badaczy z Laboratorium Informatyki i Sztucznej Inteligencji MIT (CSAIL) realizowała to zadanie pod innym kątem, w sposób bardziej naśladujący nas, ludzi.

Nowy system zespołu wykorzystuje parę miękkich, zrobotyzowanych chwytaków z czujnikami dotykowymi wysokiej rozdzielczości (i bez dodatkowych ograniczeń mechanicznych) do skutecznego manipulowania swobodnie poruszającymi się kablami.

Można sobie wyobrazić wykorzystanie takiego systemu zarówno do zadań przemysłowych, jak i domowych, aby pewnego dnia umożliwić robotom pomoc w takich sprawach, jak wiązanie węzłów, kształtowanie przewodów, a nawet chirurgiczne zszywanie.

Nowatorski chwytak do kabli

Pierwszym krokiem zespołu było zbudowanie nowatorskiego chwytaka z dwoma palcami. Palce przeciwne są lekkie i szybko się poruszają, co pozwala na zwinne regulowanie siły i pozycji w czasie rzeczywistym. Na końcach palców znajdują się czujniki wizyjne „GelSight”, zbudowane z miękkiej gumy i wyposażone w wbudowane kamery. Chwytak jest zamontowany na ramieniu robota, które może poruszać się w ramach systemu sterowania.

Drugim krokiem zespołu było stworzenie ram percepcyjno-kontrolnych umożliwiających manipulację kablami. Do percepcji wykorzystano czujniki GelSight do oszacowania pozycji kabla między palcami oraz do pomiaru sił tarcia podczas przesuwania się kabla. Dwa sterowniki pracują równolegle – jeden moduluje siłę chwytu a drugi reguluje pozycję chwytaka, by utrzymać kabel wewnątrz.

Po zamontowaniu na ramieniu, chwytak może niezawodnie podążać za kablem USB, zaczynając od przypadkowej pozycji chwytu. Następnie w połączeniu z drugim chwytakiem, robot może przesuwać kabel „ręka w rękę” (jak człowiek) w celu znalezienia jego końca. Może również przystosować się do kabli z różnych materiałów i o różnej grubości.

Jako kolejny przykład, robot wykonał czynność, którą ludzie rutynowo wykonują podczas podłączania wkładek do telefonu komórkowego. Zaczynając od swobodnie poruszającego się przewodu słuchawkowego, robot był w stanie wsunąć przewód pomiędzy palce i  zatrzymać się. Gdy poczuł, że wtyczka dotyka jego palców, zmienił pozycję wtyczki, a na koniec włożył wtyczkę bezpośrednio do gniazda.

Manipulowanie miękkimi przedmiotami jest tak powszechne w naszym codziennym życiu, jak manipulowanie kablami, dzierganie tkanin i zawiązywanie sznurków„, mówi Yu She, autorka postdoc z MIT i główna autorka nowego artykułu na temat systemu. „W wielu przypadkach chcielibyśmy, aby roboty pomagały ludziom wykonywać tego typu pracę, zwłaszcza gdy zadania są powtarzalne, nudne lub niebezpieczne„.

Wciągnij mnie

Podążanie za kablem jest trudne z dwóch powodów – po pierwsze, wymaga kontrolowania „siły chwytu” (aby umożliwić płynne przesuwanie) po drugie wymaga stabilnej „pozycji chwytu” (aby zapobiec wypadnięciu kabla z palców chwytaka).

Informacja ta jest trudna do uchwycenia z konwencjonalnych systemów wizyjnych podczas ciągłej manipulacji, ponieważ jest zwykle kosztowna w interpretacji i często niedokładna.

Co więcej, informacje te nie mogą być bezpośrednio obserwowane tylko za pomocą czujników wizyjnych, stąd też zespół korzysta z czujników dotykowych. Stawy chwytaka są również elastyczne – chronią je przed potencjalnym uderzeniem.

Algorytmy można również uogólniać na różne kable o różnych właściwościach fizycznych, takich jak materiał, sztywność i średnica, a także na kable o różnych prędkościach.

Porównując różne sterowniki zastosowane w chwytaku zespołu, ich polityka sterowania może utrzymać kabel w ręku na dłuższych dystansach niż trzy inne. Na przykład, sterownik z „otwartą pętlą” podążał tylko za 36 procentami całkowitej długości – chwytak łatwo zgubił kabel po jego wygięciu i potrzebował wielu dodatkowych operacji, by zakończyć zadanie.

MIT patrzy w przyszłość

Zespół MIT zauważył, że po dotarciu do krawędzi końcówki pomiarowej z powodu wypukłej powierzchni czujnika GelSight, nie można było odciągnąć kabla z powrotem. W związku z tym mają oni nadzieję na poprawę kształtu końcówki pomiarowej w celu zwiększenia ogólnej wydajności.

W przyszłości, planują badać bardziej złożone zadania związane z manipulacją kablami, takie jak trasowanie i wprowadzanie kabli przez przeszkody, oraz chcą zbadać autonomiczne zadania związane z manipulacją kablami w przemyśle samochodowym.

Zdjęcie producenta