Для людей может быть сложно манипулировать тонкими гибкими объектами, такими как веревки, провода или кабели. Но если эти проблемы трудны для людей, они почти невозможны для роботов. Поскольку кабель скользит между пальцами, его форма постоянно меняется, и пальцы робота должны постоянно ощущать и регулировать положение и движение кабеля.
Стандартные подходы использовали ряд медленных и постепенных деформаций, а также механических приспособлений, чтобы выполнить работу. Недавно группа исследователей из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) и из Департамента машиностроения Массачусетского технологического института (MIT) занималась этой задачей под другим углом, более точно имитируя нас, людей. Команды Новой система использует пару мягких роботизированных захватов с датчиками тактильных с высоким разрешением (и без добавления механических ограничений) , чтобы успешно манипулировать свободно двигающиеся кабели.
Можно представить себе использование такой системы как для промышленных, так и для бытовых задач, чтобы однажды роботы могли помочь нам с такими вещами, как завязывание узлов, формирование проволоки или даже хирургическое наложение швов.
Первым шагом команды было создание нового двухпалого захвата. Противоположные пальцы легкие и быстро движущиеся, позволяющие в реальном времени регулировать силу и положение в реальном времени. На кончиках пальцев расположены датчики GelSight, основанные на зрении , изготовленные из мягкой резины со встроенными камерами. Захват установлен на руке робота, которая может двигаться как часть системы управления.
Вторым шагом команды было создание структуры восприятия и контроля, позволяющей манипулировать кабелями. Для восприятия они использовали датчики GelSight, чтобы оценить положение кабеля между пальцами и измерить силы трения при скольжении кабеля. Два контроллера работают параллельно: один модулирует силу захвата, а другой регулирует позу захвата, чтобы держать кабель внутри захвата.
При установке на рычаг захват может надежно следовать кабелю USB, начиная со случайного положения захвата. Затем, в сочетании со вторым захватом, робот может перемещать кабель «рука за руку» (как это сделал бы человек), чтобы найти конец кабеля. Он также может адаптироваться к кабелям из разных материалов и толщины.
В качестве еще одной демонстрации своего мастерства робот выполнил действие, которое люди обычно выполняют, подключая наушники к сотовому телефону. Начав со свободно плавающего кабеля наушников, робот смог вставить кабель между пальцами, остановиться, когда почувствовал, что вилка касается пальцев, отрегулировать позу вилки и, наконец, вставить вилку в гнездо.
«Манипулирование мягкими объектами так часто встречается в нашей повседневной жизни, как манипулирование кабелями, сгибание ткани и завязывание нитей», — говорит Ю Ши и ведущий автор новой статьи о системе. «Во многих случаях мы хотели бы, чтобы роботы помогали людям выполнять такую работу, особенно когда задачи повторяются, скучны или небезопасны».
Приведи меня
Следование кабелю является сложной задачей по двум причинам. Во-первых, требуется управление «силой захвата» (для обеспечения плавного скольжения) и «позой захвата» (для предотвращения выпадения кабеля из пальцев захвата).
Эту информацию трудно получить из обычных систем зрения во время непрерывных манипуляций, потому что она обычно скрыта, дорогостоящая для интерпретации, а иногда неточная.
Более того, эту информацию нельзя непосредственно наблюдать только с помощью датчиков зрения, поэтому команда использует тактильные датчики. Соединения захвата также являются гибкими, защищая их от потенциального удара.
Алгоритмы также могут быть обобщены для различных кабелей с различными физическими свойствами, такими как материал, жесткость и диаметр, а также для кабелей с разными скоростями.
При сравнении различных контроллеров, применяемых к захвату команды, их политика управления могла удерживать кабель в руке на более длинных расстояниях, чем три других. Например, контроллер «с разомкнутым контуром» следовал только за 36 процентами от общей длины, захват легко терял кабель, когда он изгибался, и для завершения задачи требовалось много повторных захватов.
Смотреть вперед
Команда заметила, что было трудно тянуть кабель назад, когда он достиг края ребра, из-за выпуклой поверхности датчика GelSight. Поэтому они надеются улучшить форму датчика-пальца, чтобы повысить общую производительность.
В будущем они планируют изучить более сложные задачи по манипулированию кабелями, такие как прокладка кабелей и прокладка кабелей через препятствия, и в конечном итоге они хотят изучить задачи автономной манипуляции с кабелями в автомобильной промышленности.