Работать с кабелями теперь способны роботы

Людям может быть сложно манипулировать тонкими гибкими объектами, такими как веревки, провода или кабели. Но если эти проблемы сложны для людей, они почти невозможны для роботов . По мере того как кабель скользит между пальцами, его форма постоянно меняется, и пальцы робота должны постоянно ощущать и регулировать его положение.

Стандартные подходы использовали серию медленных и постепенных деформаций, а также механические приспособления для выполнения работы. Недавно группа исследователей из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) и несколько людей из отдела машиностроения (MechE) рассмотрели эту ситуацию совершенно под другим углом.

Более подробно о новой системе

В новой системе команды используется пара мягких роботизированных захватов с тактильными датчиками высокого разрешения (без дополнительных механических ограничений) для успешного управления свободно движущимися кабелями. Можно представить себе использование такой системы как для промышленных, так и для домашних задач, чтобы однажды позволить роботам помогать нам в таких вещах, как завязывание узлов, формирование мотков проволоки или даже хирургическое наложение швов.

Первым шагом команды было создание нового захвата. Новые манипуляторы легкие и подвижные, что позволяет без труда регулировать их силу и положение в реальном времени. На концах расположены сенсоры GelSight, изготовленные из мягкой резины, со встроенными камерами. Захват установлен на основе робота, котораю может перемещаться как часть системы управления.

Вторым шагом команды было создание структуры восприятия и контроля, позволяющей манипулировать кабелями. Для восприятия они использовали датчики GelSight, чтобы зафиксировать положение кабеля между пальцами и измерить силу трения при его скольжении.

Два контроллера работают параллельно: один регулирует силу захвата, а другой – его положение, чтобы кабель удерживался внутри. Во время тестирования выяснилось, что один манипулятор может спокойно удерживать кабель. Затем, в сочетании со вторым захватом, робот может перемещать кабель «из рук в руки» (как это сделал бы человек), чтобы найти его конец. Он также может адаптироваться к кабелям из разных материалов с различной толщиной. В качестве еще одной демонстрации своего мастерства робот выполнил действие, которое люди обычно делают, вставляя наушники в сотовый телефон.

Начиная со свободно висящего кабеля наушников, робот протягивал кабель между пальцами, пока не почувствовал, что вилка касается его пальцев, после чего отрегулировал её положение и вставил в разъем. «Манипуляции с мягкими объектами достаточно сильно распространены в нашей повседневной жизни», - говорит Ю Ше, постдок Массачусетского технологического института и ведущий автор статьи. «Во многих случаях мы хотели бы, чтобы роботы помогали людям выполнять такую работу, особенно когда задачи постоянно повторяются, скучны или небезопасны».

Более тщательное исследование кабеля

Протягивание кабеля затруднено по двум причинам. Во-первых, это требует более точного управления «силой захвата» (для обеспечения плавного скольжения) и «положения захвата» (для предотвращения выпадения кабеля). Эту информацию трудно получить с помощью обычных систем зрения во время непрерывных манипуляций, поскольку они будут не точны. Более того, эту информацию нельзя напрямую наблюдать с помощью только видеодатчиков, поэтому команда использует тактильные датчики. Шарниры захвата также гибкие, что защищает их от возможных ударов.

Алгоритмы также могут быть обобщены для кабелей с различными физическими свойствами, в зависимости от толщины, плотности и многих других показателей. Но у системы есть один существенный недостаток – она не может выполнять работу, если кабель в 3 раза больше расстояния между манипуляторами. Например, контроллер «разомкнутого контура» проходил только 36 процентов от общей длины кабеля, после чего теряя его во время изгиба, и требовалось вновь вставлять его, чтобы устройство могло продолжить работу.

Будущее данной технологии

Команда заметила, что тянуть кабель назад, когда он достигал края манипулятора, было трудно из-за выпуклой поверхности датчика GelSight. Поэтому они надеются улучшить форму датчика, чтобы повысить общую производительность. В будущем они планируют изучить более сложные задачи по манипулированию кабелем, к примеру, его прокладка при различных условиях, и в конечном итоге учёные хотят изучить задачи автономного манипулирования кабелем в автомобильной промышленности. Совместно с Юй Шэ работали:

• аспиранты Массачусетского технологического института Шаосюн Ван, Сиюань Донг и Неха Сунил;
• Альберто Родригес, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института;
• Эдвард Адельсон, профессор Джон и Дороти Уилсон с кафедры мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института.

Эта работа была поддержана Amazon Research Awards (ARA), Исследовательским институтом Toyota (TRI) и Управлением военно-морских исследований (ONR).