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MIT开发可实现精准操控线缆的机器手
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MIT开发可实现精准操控线缆的机器手

2020-08-12 09:32:12 来源:中原动力智能机器人 点击:719

【大比特导读】可以想象,在工业和家庭应用中使用这样的系统,有朝一日,机器人能够帮助我们打结、整理电线,甚至是外科缝合。

1.

对于人类而言,操作纤细的柔性物体,比如绳索、电线、数据线等,还挺具有挑战性的。如果这些问题对于人类来说都很困难的话,对于机器人来说,就是不可能完成的任务。当线缆在手指间滑动时,形状不停改变,机器人的手指必须不断地感知和调整电缆的位置和运动。

标准方法是使用机器手通过一系列缓慢的增量变形完成这项工作。最近,麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的一组研究人员从另一个角度来研究这项课题,其给出的方式更接近于模仿我们人类。该团队的新系统使用了一对带有高分辨率触觉传感器(没有附加机械约束)的软机械手来成功操纵自由移动的线缆。

机器人

可以想象,在工业和家庭应用中使用这样的系统,有朝一日,机器人能够帮助我们打结、整理电线,甚至是外科缝合。

研究小组的第一步是制造一种不同往日的双指机器手。机器手的手指相向而对,可以轻巧快速移动,能够灵活、实时调整夹具的力量和位置。指尖上是基于视觉的“GelSight”传感器,由内嵌摄像头的软橡胶制成。机器手安装在机器人手臂上,可以作为控制系统的一部分移动。

研究小组的第二步是建立一个感知控制框架,以此来操控线缆。在感知方面,他们使用GelSight传感器来估算手指之间线缆的位置,并测量线缆滑动时的摩擦力。两个控制器同时运行——一个调节握力,另一个调节机器手姿态,使线缆保持在夹具内。

GelSight是由CSAIL的Ted Adelson研究小组开发的新型传感器技术,该技术利用与物体的物理接触来提供其表面非常详细的三维地图。主要部分是一块一面贴有金属涂层的透明橡胶。当这个金属面被按压到物体上时,该物体的形状就会被橡胶层记录下来。接下来,由于金属涂层具有很好的光折射率,物体的表面信息就通过光线折射被系统收集,并通过计算机算法还原该物品的三维图像。

当机器手安装在手臂上时,可以从随机抓取位置开始可靠地跟随USB线缆。然后,结合第二个夹具,机器人可以“手把手”移动电缆(就像人类一样),以便找到线缆的末端。它还可以适应不同材料和厚度的电缆。

为了进一步展示它的能力,这个机器人做了一个人类通常在把耳机插入手机时所做的动作。从一根自由浮动的耳机线开始,机器人能够在手指之间滑动线缆,当感觉到插头碰到手指时停止,调整插头的姿势,最后将插头插入插孔。

麻省理工学院博士后、关于该系统论文的主要作者Yu She说:“操控软性物体在我们的日常生活中非常普遍,比如整理线缆、折叠布料和打结。“在许多情况下,我们希望机器人能帮助人类完成这类工作,特别是当任务重复、枯燥或安全系数不高时。”

2.

线缆跟随具有挑战性,原因有二。首先,它需要控制“抓取力”(以实现平滑滑动)和“抓握姿势”(防止电缆从夹钳的手指上掉落)。

在连续操作过程中,这些信息很难从传统的视觉系统中捕捉到,因为它通常被遮挡,转译成本高昂,有时甚至不准确。

更重要的是,仅仅用视觉传感器无法直接观察到这些信息,因此研究小组使用了触觉传感器。机器手的关节也是灵活的——保护他们免受潜在的冲击。

该算法还可以推广到具有不同物理特性(如材料、刚度和直径)以及不同速度的线缆。

当比较不同的应用在家具上的控制器时,他们的控制策略可以使线缆比其他三个在手上保持更长的距离。例如,“开环”控制器仅能跟踪总长度的36%,当夹具弯曲时很容易丢失电缆,并且需要多次重新摸索才能完成任务。

3.

研究小组发现,由于GelSight传感器的表面凸起,当线缆到达边缘时很难将其拉回。因此,他们希望通过改进传感器的形状来提高整体性能。

未来,他们计划研究更复杂的线缆操作任务,如电缆布线和穿过障碍物的线缆插入,他们希望最终在汽车行业探索自主线缆操作任务。

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