MIT開(kāi)發(fā)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控線纜的機(jī)器手
2024-12-21
應(yīng)用中使用這樣的系統(tǒng)，有朝一日，機(jī)器人能夠幫助我們打結(jié)、整理電線，甚至是外科縫合。 研究小組的第一步是制造一種不同往日的雙指機(jī)器手。機(jī)器手的手指相向而對(duì)，可以輕巧快速移動(dòng)，能夠靈活、實(shí)時(shí)調(diào)整夾具的力量和位置。指尖上是基于視覺(jué)的“GelSight”傳感器，由內(nèi)嵌攝像頭的軟橡膠制成。機(jī)器手安裝在機(jī)器人手臂上，可以作為控制系統(tǒng)的一部分移動(dòng)。
研究小組的第二步是建立一個(gè)感知控制框架，以此來(lái)操控線纜。在感知方面，他們使用GelSight傳感器來(lái)估算手指之間線纜的位置，并測(cè)量線纜滑動(dòng)時(shí)的摩擦力。兩個(gè)控制器同時(shí)運(yùn)行——一個(gè)調(diào)節(jié)握力，另一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)器手姿態(tài)，使線纜保持在夾具內(nèi)。
GelSight是由CSAIL的Ted Adelson研究小組開(kāi)發(fā)的新型傳感器技術(shù)，該技術(shù)利用與物體的物理接觸來(lái)提供其表面非常詳細(xì)的三維地圖。主要部分是一塊一面貼有金屬涂層的透明橡膠。當(dāng)這個(gè)金屬面被按壓到物體上時(shí)，該物體的形狀就會(huì)被橡膠層記錄下來(lái)。接下來(lái)，由于金屬涂層具有很好的光折射率，物體的表面信息就通過(guò)光線折射被系統(tǒng)收集，并通過(guò)計(jì)算機(jī)算法還原該物品的三維圖像。
當(dāng)機(jī)器手安裝在手臂上時(shí)，可以從隨機(jī)抓取位置開(kāi)始可靠地跟隨USB線纜。然后，結(jié)合第二個(gè)夾具，機(jī)器人可以“手把手”移動(dòng)電纜（就像人類(lèi)一樣），以便找到線纜的末端。它還可以適應(yīng)不同材料和厚度的電纜。
為了進(jìn)一步展示它的能力，這個(gè)機(jī)器人做了一個(gè)人類(lèi)通常在把耳機(jī)插入手機(jī)時(shí)所做的動(dòng)作。從一根自由浮動(dòng)的耳機(jī)線開(kāi)始，機(jī)器人能夠在手指之間滑動(dòng)線纜，當(dāng)感覺(jué)到插頭碰到手指時(shí)停止，調(diào)整插頭的姿勢(shì)，最后將插頭插入插孔。
麻省理工學(xué)院博士后、關(guān)于該系統(tǒng)論文的主要作者Yu She說(shuō)：“操控軟性物體在我們的日常生活中非常普遍，比如整理線纜、折疊布料和打結(jié)?！霸谠S多情況下，我們希望機(jī)器人能幫助人類(lèi)完成這類(lèi)工作，特別是當(dāng)任務(wù)重復(fù)、枯燥或安全系數(shù)不高時(shí)?！?/div>
2.
線纜跟隨具有挑戰(zhàn)性，原因有二。首先，它需要控制“抓取力”（以實(shí)現(xiàn)平滑滑動(dòng)）和“抓握姿勢(shì)”（防止電纜從夾鉗的手指上掉落）。
在連續(xù)操作過(guò)程中，這些信息很難從傳統(tǒng)的視覺(jué)系統(tǒng)中捕捉到，因?yàn)樗ǔ１徽趽?，轉(zhuǎn)譯成本高昂，有時(shí)甚至不準(zhǔn)確。
更重要的是，僅僅用視覺(jué)傳感器無(wú)法直接觀察到這些信息，因此研究小組使用了觸覺(jué)傳感器。機(jī)器手的關(guān)節(jié)也是靈活的——保護(hù)他們免受潛在的沖擊。
該算法還可以推廣到具有不同物理特性（如材料、剛度和直徑）以及不同速度的線纜。
當(dāng)比較不同的應(yīng)用在家具上的控制器時(shí)，他們的控制策略可以使線纜比其他三個(gè)在手上保持更長(zhǎng)的距離。例如，“開(kāi)環(huán)”控制器僅能跟蹤總長(zhǎng)度的36%，當(dāng)夾具彎曲時(shí)很容易丟失電纜，并且需要多次重新摸索才能完成任務(wù)。
3.
研究小組發(fā)現(xiàn)，由于GelSight傳感器的表面凸起，當(dāng)線纜到達(dá)邊緣時(shí)很難將其拉回。因此，他們希望通過(guò)改進(jìn)傳感器的形狀來(lái)提高整體性能。
未來(lái)，他們計(jì)劃研究更復(fù)雜的線纜操作任務(wù)，如電纜布線和穿過(guò)障礙物的線纜插入，他們希望最終在汽車(chē)行業(yè)探索自主線纜操作任務(wù)。