Skræddersyet tømrerarbejde med hjælp fra robotter

Hvert år skader tusindvis af tømrere deres hænder og fingre, når de udfører farlige opgaver såsom savning.

I et forsøg på at minimere skader og lade tømrere fokusere på design og andre større opgaver, et team fra MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) har skabt AutoSaw, et system, der lader ikke-eksperter tilpasse forskellige emner, som derefter kan konstrueres ved hjælp af robotter.

Brugere kan vælge mellem en række tømrerdesignede skabeloner til stole, skriveborde, og andre møbler. Holdet siger, at AutoSaw i sidste ende kunne bruges til projekter så store som et dæk eller en veranda.

"Hvis du bygger et dæk, du skal skære store dele af tømmer til i længden, og det sker ofte på stedet, " siger CSAIL postdoc Jeffrey Lipton, som var hovedforfatter på et relateret papir om systemet. "Hver gang du lægger en hånd i nærheden af ​​en kniv, du er i fare. For at undgå det, vi har stort set automatiseret processen ved hjælp af en huggesav og stiksav."

Systemet giver også fleksibilitet til at designe møbler, så de passer til huse og lejligheder med begrænset plads. For eksempel, det kunne tillade en bruger at ændre et skrivebord til at klemme ind i en L-formet stue, eller tilpas et bord, så det passer ind i et mikrokøkken.

"Robotter har allerede aktiveret masseproduktion, men med kunstig intelligens (AI) har de potentialet til at muliggøre massetilpasning og personalisering i næsten alt, hvad vi producerer, " siger CSAIL direktør og medforfatter Daniela Rus. "AutoSaw viser dette potentiale for nem adgang og tilpasning i tømrerarbejde."

Papiret, som vil blive præsenteret i maj på den internationale konference om robotteknologi og automatisering (ICRA) i Brisbane, Australien, blev skrevet af Lipton, Rus, og ph.d. elev Adriana Schulz. Andre medforfattere inkluderer MIT professor Wojciech Matusik, Ph.D. studerende Andrew Spielberg, og bachelor Luis Trueba.

Hvordan det virker

Software er ikke et fremmed begreb for nogle tømrere. "Computer Numerical Control" (CNC) kan konvertere designs til tal, der føres til specielt programmerede værktøjer til at udføre. Imidlertid, maskinerne, der bruges til CNC-fremstilling, er normalt store og besværlige, og brugere er begrænset til størrelsen af ​​de eksisterende CNC-værktøjer.

Som resultat, mange tømrere fortsætter med at bruge huggesave, stiksave, og andre håndværktøjer, der er billige, let at flytte, og enkel at bruge. Disse værktøjer, mens det er nyttigt til tilpasning, stadig sætter folk i høj risiko for at komme til skade.

AutoSaw trækker på ekspertviden til design, og robotteknologi til de mere risikable skæreopgaver. Ved at bruge det eksisterende CAD-system OnShape med en grænseflade af designskabeloner, brugere kan tilpasse deres møbler til ting som størrelse, robusthed, og æstetik. Når designet er færdigt, den sendes til robotterne for at hjælpe med skæreprocessen ved hjælp af stiksaven og hugsaven.

For at skære tømmer brugte holdet bevægelsessporingssoftware og små mobile robotter – en tilgang, der fylder mindre og er mere omkostningseffektiv end store robotarme.

Specifikt, holdet brugte en modificeret Roomba med en stiksav fastgjort til at skære træ af enhver form på en planke. Til hakken, holdet brugte to Kuka youBots til at løfte strålen, placer den på huggesaven, og skær.

"Vi tilføjede bløde gribere til robotterne for at give dem mere fleksibilitet, som en menneskelig tømrer, " siger Lipton. "Det betød, at vi kunne stole på nøjagtigheden af ​​elværktøjerne i stedet for de stive robotter."

Efter robotterne er færdige med at skære, brugeren samler derefter det nye møbel ved hjælp af trin-for-trin anvisninger fra systemet.

Demokratisering af specialmøbler

Når systemet testes, holdenes simuleringer viste, at de kunne bygge en stol, skur, og dæk. Ved hjælp af robotter, holdet lavede også en tabel med en nøjagtighed, der kan sammenlignes med et menneskes, uden at en rigtig hånd nogensinde kommer i nærheden af ​​en klinge.

"Der har været mange nylige AI-præstationer i virtuelle miljøer, som at spille Go og komponere musik, " siger Hod Lipson, en professor i maskinteknik og datavidenskab ved Columbia University. "Systemer, der kan arbejde i ustrukturerede fysiske miljøer, såsom dette tømrersystem, er notorisk svære at lave. Dette er virkelig et fascinerende skridt fremad."

Mens AutoSaw stadig er en forskningsplatform, i fremtiden planlægger holdet at bruge materialer som træ, og integrere komplekse opgaver som boring og limning.

"Vores mål er at demokratisere møbeltilpasning, " siger Schulz. "Vi forsøger at åbne et område af muligheder, så brugerne ikke er bundet til det, de har købt i Ikea. I stedet, de kan lave det, der passer bedst til deres behov."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.