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具有柔软、敏感手指的机器人抓手可以以前所未有的灵活性操控电缆

作者:机器人抓手 浏览: 发表时间:2020-11-17 09:07:07 来源:机器人抓手

       对于人类来说,操控绳索、电线或电缆等细长的柔性物体是很有挑战性的。但如果说这些问题对人类来说都是困难的,那么对机器人来说几乎是不可能的。当电缆在手指间滑动时,其形状是不断变化的,机器人的手指必须不断感应和调整电缆的位置和运动。

       标准的方法是利用一系列缓慢而渐进的变形,以及机械夹具来完成工作。最近,来自麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的一组研究人员从不同的角度,以一种更接近我们人类的方式来完成这项任务。该团队的新系统使用了一对柔软的机器人抓手,并配备了高分辨率的触觉传感器(没有增加机械限制),成功地操纵了自由移动的电缆。

       我们可以想象,将这样的系统用于工业和家庭任务,有朝一日能让机器人帮助我们完成打结、电线整形,甚至手术缝合等工作。

                                                    

       团队的***步是打造一个新颖的双指夹持器。对立的手指轻巧且移动迅速,可以灵活、实时地调整力道和位置。手指尖上是基于视觉的 "GelSight "传感器,由内嵌摄像头的软橡胶打造。抓手安装在机械臂上,机械臂可以作为控制系统的一部分进行移动。

       该团队的第二步是创建一个感知和控制框架,以允许电缆操纵。对于感知,他们使用GelSight传感器来估计手指之间电缆的姿势,并测量电缆滑动时的摩擦力。两个控制器并行运行:一个调节抓握力度,另一个调整抓手姿势,使电缆保持在抓手内。

       当安装在手臂上时,抓取器可以可靠地从随机的抓取位置开始跟踪电缆。然后,结合第二个抓手,机器人可以 "手把手 "地移动电缆(像人类一样),以便找到电缆的末端。它还可以适应不同材质和厚度的电缆。

       为了进一步演示其威力,机器人进行了人类在将耳塞插入手机时的常规动作。从自由浮动的耳塞电缆开始,机器人能够在手指间滑动电缆,当感觉到插头接触到手指时就会停止,调整插头的姿势,***将插头插入插孔。

       "操纵软性物体在我们的日常生活中非常常见,比如操纵电线和打绳结,"麻省理工学院博士后、关于该系统的新论文的主要作者Yu She说。"在很多情况下,我们希望让机器人帮助人类完成这类工作,特别是当任务是重复的、枯燥的或不安全的时候。"

       缆线跟随具有挑战性,原因有二。首先,它需要控制 "抓取力"(以实现平滑滑动)和 "抓取姿势"(以防止电缆从抓取者的手指上脱落)。在连续操作过程中,传统的视觉系统很难捕捉到这些信息,因为这些信息通常是隐蔽的,解释起来很昂贵,有时还不准确。更重要的是,仅靠视觉传感器无法直接观察到这些信息,因此团队使用了触觉传感器。抓手的关节也是灵活的,保护它们免受潜在的冲击。该算法还可以通用于具有各种物理特性的电缆,如材料、刚度和直径,也可以通用于不同速度的电缆。

       当比较不同的控制器应用于团队的抓取器时,他们的控制策略可以比其他三种控制器保留手中的电缆更长的距离。例如,"开环 "控制器只跟随了总长度的36%,夹持器在弯曲时很容易丢失电缆,而且需要多次重新抓取才能完成任务。

       研究团队观察到,由于GelSight传感器的凸面,当电缆到达nger边缘时,很难将其拉回。因此,他们希望能改善感应器的形狀,以提升整体性能。

       未来,他们计划研究更复杂的电缆操纵任务,如电缆路由和电缆插入障碍物,他们希望最终探索汽车行业的自主电缆操纵任务。


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