Delikatny dotyk pozwoli rozwiązać ciężkie problemy w robotyce
Roboty fabryczne mogą z łatwością podnosić i przenosić przedmioty o regularnych kształtach, które podaje są im w sposób uporządkowany, jednak chwytanie przedmiotów o nieregularnych kształtach i manipulowanie nimi, na przykład w przypadku splątanych części w kontenerach, surowej żywności czy odpadów wymagających posortowania, nastręcza im sporych problemów. Finansowany ze środków UE projekt SoftHandler miał doprowadzić do skonstruowania opłacalnego z punktu widzenia rynkowego prototypu systemu przemysłowego, który pracowałby za pomocą giętkich manipulatorów i dzięki temu mógł dostosowywać się do przedmiotów o różnych rozmiarach, kształtach i masie oraz wymagających różnej siły nacisku. „Chcieliśmy sprawdzić, czy możliwe jest uzyskanie chwytaka przemysłowego, który podczas wykonywania operacji w środowisku przemysłowym potrafiłby regulować siłę nacisku, szczególnie tam, gdzie wymagane jest podnoszenie rozłożonych w sposób przypadkowy na tacy przedmiotów, by przenieść je do innego pojemnika lub na inną tacę. To zadania często wykonywane w fabrykach i magazynach”, mówi koordynator projektu Antonio Bicchi.
Możliwość zmniejszenia złożoności
Projekt powstał na bazie wcześniejszych prac prowadzonych przez Bicchiego i jego zespół. „Pierwszy przyznany nam grant, SOFT HANDS, pozwolił nam rozwiązać problem zaprojektowania sztucznych rąk”, wyjaśnia uczony. Zadanie to dotyczyło rozwiązania poważnego problemu z zakresu protetyki i robotyki, mianowicie odtworzenia manipulatorów, które pozwalałyby oddać złożoność i sprawność ruchu ludzkiej dłoni, który charakteryzuje się 19 stopniami swobody, przy jednoczesnym zapewnieniu solidnej konstrukcji i prostoty działania. „Od lat starano się zaprojektować ręce, które mogłyby choć w przybliżeniu osiągnąć to, co człowiek może za pomocą swoich dłoni”, mówi Bicchi. „Mimo tych starań powstało bardzo niewiele sztucznych dłoni, które znalazłyby zastosowanie w rzeczywistości, czy to w przemyśle, czy w protetyce. Może nawet w ogóle nie było takich przypadków”. W warunkach przemysłowych manipulatory o wielu przegubach trzeba programować przed każdym nowym zastosowaniem, by dostosować ich działanie do obiektu, z którym będą oddziaływać. Bicchi mówi, że to kosztowny proces, który stanowi poważną przeszkodę dla szerszego zastosowania tych manipulatorów. Część rozwiązania zaproponowanego przez zespół Bicchiego zakładała skupienie się na prymitywach ruchu – grupach mięśni, których łączne działanie pozwala uzyskać złożone działania sterowane prostymi sygnałami. „Gdyby móc wykorzystać te prymitywy, 90 % działań związanych z chwytaniem dałoby się przeprowadzić za pomocą jednego lub dwóch sterowników”, zauważa Bicchi.
Delikatniej, lepiej, szybciej, silniej
Bicchi i jego koledzy pracujący na Włoskim Instytucie Technologii postanowili wykorzystać osiągnięte wcześniej pozytywne wyniki, by skonstruować delikatne manipulatory. „Ludzkie ciało potrafi się dostosowywać i częściowo przyjmuje kształt otoczenia”, wyjaśnia Bicchi. Zaproponowany przez nich system tworzy modele obiektów przeznaczonych do pochwycenia, a następnie porównuje je z samym obiektem wyczuwanym przez manipulator. Im bardziej model różni się od rzeczywistości, tym mocniej manipulator chwyta obiekt. To znaczne usprawnienie względem istniejących systemów, które kategoryzują obiekty za pomocą widzenia maszynowego w niełatwych warunkach gorszego oświetlenia czy pracy z wyglądającymi jednorodnie przedmiotami. Giętkie manipulatory są także bardziej wytrzymałe niż złożone chwytaki mechaniczne. „Dowiedliśmy, że nasza metoda umożliwia szybszą manipulację przedmiotami”, mówi Bicchi. Projekt realizowany był przy wsparciu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. „Ta pomoc była absolutnie niezbędna i dała mi możliwość podjęcia działań w nowym kierunku, który różnił się zasadniczo od tego, nad czym pracuje większość pozostałych zespołów, a także od tego, co sami osiągnęliśmy w ciągu minionych 20 lat”, dodaje Bicchi. Prace zespołu zostały skomercjalizowane dzięki utworzeniu firmy qbrobotics, która ma zająć się produkcją rąk dla robotów przemysłowych w oparciu o opracowane reguły i projekty.
Słowa kluczowe
SoftHandler, delikatna ręka, manipulator, robotyka, przemysłowa, prymitywy, stopnie swobody
