Robot intelligenti che padroneggiano l’arte della presa
Negli ultimi decenni, gli esseri umani hanno fatto sempre più affidamento sui robot per eseguire una serie di compiti. I robot sono stati ampiamente utilizzati nelle linee di produzione per compiti come l’assemblaggio di automobili. Tuttavia, nonostante il loro successo diffuso, l’assemblaggio automatico soffre ancora dei tempi necessari per programmare e riprogrammare i robot. Per affrontare questa sfida, i ricercatori hanno istituito il progetto finanziato dall’UE SARAFun. La nuova soluzione del progetto mira a potenziare i robot industriali integrandoli delle abilità di percezione, apprendimento e ragionamento, fornendo strumenti per automatizzare la generazione di programmi per i robot e progettare hardware specifico per le mansioni. Imparare osservando il comportamento umano «Il sistema è costruito attorno al concetto di un robot in grado di apprendere ed eseguire compiti di assemblaggio come l’inserimento o la piegatura, insegnati da un istruttore umano», spiega il dott. Ioannis Mariolis. Dopo aver analizzato l’attività di dimostrazione, il robot genera ed esegue il proprio programma di assemblaggio. Basato sul feedback dell’istruttore umano e sul feedback sensoriale di sensori di visione, di forza e tattili, il robot può migliorare progressivamente le sue prestazioni in termini di velocità e robustezza. L’obiettivo ambizioso di SARAFun era quello di sviluppare un sistema in grado di eseguire nuove mansioni di assemblaggio in meno di un giorno. «Mantenere un raggio d’azione umano per il montaggio di piccole parti in uno spazio molto piccolo è fondamentale per ridurre al minimo l’ingombro sul pavimento della fabbrica. Inoltre consente di installare il robot in postazioni di lavoro attualmente utilizzate solo dagli esseri umani», aggiunge il dott. Mariolis. Implementazione dell’interfaccia Il lavoro ha fatto molto affidamento su un’interazione utente fluida e robusta con il sistema che utilizza l’interfaccia uomo-robot. Quest’ultima è costituita da diversi moduli che consentono all’operatore di insegnare la mansione di assemblaggio al robot e supervisionare il processo di apprendimento. Nella fase di insegnamento, l’utente crea l’attività di assemblaggio specificando un nome, selezionando le parti che il robot deve assemblare e definendo il tipo di operazione di assemblaggio. Nella fase successiva, le parti di assemblaggio vengono posizionate all’interno del campo visivo della telecamera e il sistema viene chiamato a identificarle. Dopo che le parti sono state rilevate, l’operatore mostra l’operazione di assemblaggio davanti alla telecamera. Le informazioni registrate vengono quindi analizzate e i fotogrammi importanti della dimostrazione, chiamati fotogrammi chiave, vengono automaticamente estratti. Dopo la conferma dell’utente, il sistema utilizza le informazioni del fotogramma chiave che includono le posizioni tracciate delle parti di assemblaggio e le mani dell’istruttore e genera il programma di assemblaggio per il robot. Le prese da eseguire per le parti di assemblaggio sono proposte insieme ai progetti di dita robotiche per aumentare la stabilità della presa. Dopo aver regolato le posizioni di presa e aver progettato le dita appropriate per compensare la minore destrezza del robot rispetto alla mano umana, le dita effettive vengono stampate in 3D e installate nelle pinze del robot. Dopo aver caricato il programma per l’esecuzione, vengono generati i movimenti del robot utilizzando le informazioni estratte dai fotogrammi chiave. L’operazione di assemblaggio continua a funzionare ripetutamente fino a raggiungere il livello desiderato di autonomia. Una programmazione ridotta all’osso I ricercatori hanno completato con successo molte dimostrazioni utilizzando il robot collaborativo a doppio braccio YuMi di ABB. Armato delle sue pinze, il robot utilizza i componenti del sistema di progettazione di SARAFun: sensori visivi 3D, pianificazione di presa, rilevamento di slittamento, controllo di movimento e forza per entrambi i bracci e interfaccia uomo-robot, per imitare i compiti bimanuali mostrati dall’istruttore umano. «Il risultato è un programma di assemblaggio flessibile che può adattarsi all’ambiente di lavoro senza una pianificazione specifica da parte dell’utente. Rispetto alla tecnologia più avanzata, la semplice interfaccia grafica è molto più semplice da usare per utenti non specializzati», osserva il dott. Mariolis. Testato su diversi casi d’uso di assemblaggio che coinvolgono parti di telefoni cellulari e pulsanti di arresto di emergenza, il sistema ha appreso con successo le mansioni di assemblaggio mostrate in meno di un giorno. Una svolta rivoluzionaria: il robot di assemblaggio di SARAFun può cambiare in modo significativo la produzione industriale in tutto il mondo e incoraggiare una rivalutazione dell’assemblaggio in fabbrica. I prodotti con cicli di vita brevi comportano frequenti cambi dei programmi. A differenza dei robot di oggi che conoscono solo il loro compito nominale, questo robot intelligente per l’assemblaggio bimanuale di piccole parti non è limitato nella sua capacità di gestire i normali cambiamenti nella linea di produzione.
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