Inteligentne roboty opanowują sztukę chwytania
Od kilkudziesięciu lat ludzie coraz częściej wykorzystują roboty do wykonywania różnych zadań. Roboty są szeroko stosowane na liniach produkcyjnych do zadań takich jak montaż samochodów. Jednak pomimo szerokiego sukcesu, automatyczny montaż nadal cierpi z powodu czasu potrzebnego na zaprogramowanie i przeprogramowanie robotów. Aby sprostać temu wyzwaniu, naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt SARAFun. Nowe rozwiązanie ma na celu wyposażenie robotów przemysłowych w umiejętności percepcji, uczenia się i rozumowania, dostarczając narzędzi do automatyzacji generowania programów robotów i projektowania sprzętu dostosowanego do konkretnych zadań. Uczenie się poprzez obserwowanie ludzkich zachowań „System jest zbudowany w oparciu o koncepcję robota zdolnego do uczenia się i wykonywania zadań montażowych, takich jak wstawianie lub składanie demonstrowane przez instruktora”, wyjaśnia dr Ioannis Mariolis. Po przeanalizowaniu zadania demonstracji robot generuje i wykonuje własny program montażu. W oparciu o informacje zwrotne pochodzące od instruktora oraz sensoryczne sprzężenia zwrotne z czujników wizyjnych, siły i dotykowych, robot może stopniowo poprawiać swoją wydajność pod względem szybkości i wytrzymałości. Ambitnym celem SARAFun było stworzenie systemu zdolnego do realizacji nowych zadań montażowych w niecały dzień. „Utrzymanie podobnego do ludzkiego zasięgu przy montażu małych części na bardzo małej przestrzeni ma decydujące znaczenie dla zminimalizowania zajmowanej powierzchni w zakładzie. Umożliwia również zainstalowanie robota na stanowiskach pracy obecnie używanych tylko przez ludzi”, dodaje dr Mariolis. Implementacja interfejsu W pracach ważną rolę odegrała płynna i solidna interakcja użytkownika z systemem za pomocą interfejsu człowiek-robot. Ten ostatni składa się z różnych modułów umożliwiających operatorowi nauczenie robota zadania montażu i nadzorowanie procesu uczenia się. W fazie nauczania użytkownik tworzy zadanie montażu, określając nazwę, wybierając części, które robot musi złożyć, oraz definiując typ operacji montażu. W następnym kroku elementy montażowe są umieszczane w obrazie z kamery i system jest wzywany do ich identyfikacji. Po wykryciu części operator demonstruje zadanie montażu przed kamerą. Zarejestrowane informacje są następnie analizowane, a ważne ramy demonstracji zwane ramkami kluczowymi są automatycznie wyodrębniane. Po potwierdzeniu przez użytkownika system wykorzystuje dane z ramek kluczowych, które obejmują pozycje śledzenia części montażowych i dłoni instruktora oraz generują program montażu robota. Proponowane są chwytaki do elementów montażowych wraz z robotycznymi palcami w celu zwiększenia stabilności chwytu. Po ustawieniu pozycji uchwytów i zaprojektowaniu odpowiednich palców w celu skompensowania mniejszej zręczności robota w stosunku do ludzkiej dłoni, rzeczywiste palce są drukowane w 3D i instalowane w chwytakach robota. Po wczytaniu programu do wykonania ruchy robota generowane są na podstawie informacji uzyskanych z ramek kluczowych. Montaż odbywa się wielokrotnie, aż do osiągnięcia pożądanego poziomu autonomii. Prawie bez programowania Naukowcy z powodzeniem przeprowadzili wiele demonstracji przy użyciu dwuramiennego robota YuMi firmy ABB, ABB. Wyposażony w chwytaki robot wykorzystuje komponenty systemu projektowania SARAFun – czujniki wizualne 3D, planowanie chwytaków, wykrywanie poślizgu, ruch i sterowanie siłą obu ramion oraz fizyczny interfejs człowiek-robot – do naśladowania dwuręcznych zadań demonstrowanych przez instruktora. „Rezultatem jest elastyczny program montażu, który można dostosować do środowiska pracy bez konieczności specjalnego planowania przez użytkownika. W porównaniu z najnowocześniejszą technologią, prosty interfejs graficzny jest o wiele łatwiejszy w użyciu dla osób niebędących ekspertami”, zauważa dr Mariolis. System, testowany w różnych konfiguracjach montażowych, obejmujący części telefonów komórkowych i wyłączniki awaryjne, z powodzeniem nauczył się zademonstrowanych zadań montażowych w mniej niż jeden dzień. Robot montażowy SARAFun, będący przełomowym osiągnięciem technologicznym, może znacząco zmienić produkcję przemysłową na całym świecie i przyczynić się do ponownej oceny produkcji montażowej. Produkty o krótkim cyklu życia pociągają za sobą częste zmiany programów. W przeciwieństwie do dzisiejszych robotów, które znają tylko swoje nominalne zadanie, ten inteligentny robot do ręcznego montażu małych części nie jest ograniczony do radzenia sobie z regularnymi zmianami na linii produkcyjnej.
Słowa kluczowe
SARAFun, montaż, robot, system robotyki, zadania dwuręczne, interfejs człowiek-robot, YuMi, ABB