Bløde robotter, der griber med den rigtige mængde kraft

Værktøjsbrug har længe været et kendetegn for menneskelig intelligens, såvel som et praktisk problem at løse for en bred vifte af robotapplikationer. Men maskiner er stadig kedelige til at udøve den helt rigtige mængde kraft til at kontrollere værktøjer, der ikke er stift fastgjort til deres hænder.

For at manipulere disse værktøjer mere robust har forskere fra MIT's Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) i samarbejde med Toyota Research Institute (TRI) designet et system, der kan gribe værktøjer og anvende den passende mængde kraft til en given opgave , som at suge væske op eller skrive et ord med en kuglepen.

Systemet, kaldet Series Elastic End Effectors, eller SEED, bruger bløde boblegribere og indlejrede kameraer til at kortlægge, hvordan griberne deformeres over et seksdimensionelt rum (tænk på en airbag, der pustes op og tømmes) og anvender kraft på et værktøj. Ved at bruge seks frihedsgrader kan genstanden flyttes til venstre og højre, op eller ned, frem og tilbage, rulle, hælde og krøje. Controlleren med lukket sløjfe – et selvregulerende system, der opretholder en ønsket tilstand uden menneskelig interaktion – bruger SEED og visuotaktil feedback til at justere robotarmens position for at påføre den ønskede kraft.

Dette kan for eksempel være nyttigt for en person, der bruger værktøjer, når der er usikkerhed i højden af ​​et bord, da en forudprogrammeret bane kan gå glip af bordet fuldstændigt. "Vi har været stærkt afhængige af arbejdet fra Mason, Raibert og Craig på det, vi kalder en hybrid force position controller," siger Hyung Ju Suh, en Ph.D. studerende i elektroteknik og datalogi ved MIT, CSAIL affiliate, og hovedforfatter på et nyt papir om SEED. "Det er ideen, at hvis du faktisk havde tre dimensioner at bevæge dig i, når du skriver på en tavle, vil du gerne være i stand til at kontrollere positionen på nogle af akserne, mens du kontrollerer kraften på den anden akse."

Robotter med stiv krop og deres modstykker kan kun bringe os så langt; blødhed og eftergivenhed giver luksus og evne til at deformere, at fornemme interaktionen mellem værktøjet og hånden.

Med SEED er hver udførelse, som robotten registrerer, et nyligt 3D-billede fra griberne, og sporer derved i realtid, hvordan griberne ændrer form omkring et objekt. Disse billeder bruges til at rekonstruere værktøjets position, og robotten bruger en indlært model til at kortlægge værktøjets position til den målte kraft. Den indlærte model er opnået ved hjælp af robottens tidligere erfaring, hvor den forstyrrer en kraftmomentsensor for at finde ud af, hvor stive boblegriberne er. Når robotten nu har fornemmet kraften, vil den sammenligne det med den kraft, som brugeren kommanderer, og måske sige til sig selv, "det viser sig, at den kraft, jeg mærker lige nu, ikke er helt der. Jeg skal trykke på hårdere." Det ville derefter bevæge sig i retningen for at øge kraften, alt sammen udført over 6D-rum.

Under "skraberopgaven" fik SEED den rigtige mængde kraft til at tørre noget væske op på et fly, hvor baseline-metoderne kæmpede for at få det rigtige feje. Da robotten blev bedt om at sætte papir på kuglepen, skrev den effektivt "MIT", og den var også i stand til at anvende den rigtige mængde kraft til at drive en skrue.

Mens SEED var klar over, at den skal styre kraften eller drejningsmomentet til en given opgave, hvis den blev grebet for hårdt, ville emnet uundgåeligt glide, så der er en øvre grænse for den hårdhed, der udøves. Hvis du er en stiv robot, kan du også simulere blødere systemer end din naturlige mekaniske stivhed – men ikke omvendt.

I øjeblikket antager systemet en meget specifik geometri for værktøjerne:Det skal være cylindrisk, og der er stadig mange begrænsninger for, hvordan det kan generalisere, når det møder nye former for former. Forestående arbejde kan involvere at generalisere rammen til forskellige former, så den kan håndtere vilkårlige værktøjer i naturen.

"Ingen vil blive overrasket over, at compliance kan hjælpe med værktøjer, eller at force sensing er en god idé; spørgsmålet her er, hvor på robotten compliance skal gå hen, og hvor blød den skal være," siger medforfatter Russ Tedrake. Toyota professor i elektroteknik og datalogi, luftfart og astronautik og maskinteknik ved MIT og hovedefterforsker ved CSAIL. "Her udforsker vi at regulere en ganske blød seks-frihedsgradsstivhed direkte ved hånd-/værktøjsgrænsefladen og viser, at der er nogle gode fordele ved at gøre det." + Udforsk yderligere

Hjælper bløde robotter med at blive stive efter behov