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機(jī)器人使用3D相機(jī),抓手和力傳感器構(gòu)建宜家家具

Date:2018-05-15 08:17:53

     對(duì)于工人來(lái)說(shuō),組裝家具是一件極其簡(jiǎn)單的工作,但如何讓機(jī)器人來(lái)組裝家具那就是一件比較復(fù)雜的事了。 經(jīng)過(guò)三年的研究,來(lái)自南洋理工大學(xué)的機(jī)械和航空航天工程學(xué)院已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種自動(dòng)化家具組裝機(jī)器人,該機(jī)器人由兩個(gè)機(jī)械臂和夾具以及一個(gè)3D攝像頭組成。上個(gè)月,由FranciscoSuárez-Ruiz博士,大學(xué)校友Xian Zhou和助理教授Quang-Cuong Pham組成的NTU團(tuán)隊(duì)在科學(xué)機(jī)器人雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們的機(jī)器人結(jié)果的論文,標(biāo)題為“機(jī)器人如何制造宜家椅子?“這些研究得到了新加坡教育部、新加坡 麻省理工學(xué)院研究與技術(shù)聯(lián)盟(SMART)以及南洋理工大學(xué)(NTU)創(chuàng)新和企業(yè)部門NTUitive的資助。

      “對(duì)于一個(gè)機(jī)器人來(lái)說(shuō),把這樣精確的宜家椅子放在一起看起來(lái)更復(fù)雜。裝配的工作可能是人類自然產(chǎn)生的,必須分解成不同的步驟,例如確定不同的椅子部件的位置,抓住零件所需的力,以及確保機(jī)器人臂不會(huì)碰撞到每個(gè)部件其他。通過(guò)相當(dāng)大的工程努力,我們開(kāi)發(fā)了算法,使機(jī)器人能夠采取必要的步驟自行組裝椅子,“Pham教授解釋說(shuō)。“我們希望將更多的人工智能集成到這種方法中,使機(jī)器人更具自主性,以便通過(guò)人類演示或閱讀說(shuō)明手冊(cè),甚至從組裝產(chǎn)品的圖像中了解組裝椅子的不同步驟?!?/span>
     在短短8分55秒的時(shí)間內(nèi),這款機(jī)器人就由現(xiàn)成的零件制成,能夠組裝一把宜家經(jīng)典的Stefan椅子,由松木制成包括找到所有部件并獨(dú)立計(jì)劃其運(yùn)動(dòng)路徑。那么南大團(tuán)隊(duì)是如何設(shè)法建立一個(gè)能夠完成任務(wù)的機(jī)器人?機(jī)器人專門設(shè)計(jì)用來(lái)模擬人們用來(lái)放置物體的“硬件”,手臂是工業(yè)的六軸運(yùn)動(dòng)機(jī)器人,兩個(gè)平行的抓手用于拾取物體,兩個(gè)手腕用力傳感器,因此機(jī)器人知道它抓住的東西有多強(qiáng),并推動(dòng)它與另一個(gè)物體接觸。眼睛是一個(gè)詳細(xì)的3D相機(jī)。
[照片:約翰尼瓊斯,Alamy,通過(guò)紐約人]

       首先,機(jī)器人將部件的3D照片展開(kāi),以便快速處理他們?cè)诘孛嫔瞎烙?jì)位置的可靠地圖。根據(jù)NTU的說(shuō)法,這有助于復(fù)制“人類解放后的混亂環(huán)境,并準(zhǔn)備將自己制作的座椅放在一起”。來(lái)自三個(gè)開(kāi)源庫(kù)的編碼算法,由團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì),幫助機(jī)器人用“雙手”計(jì)劃一個(gè)快速,無(wú)碰撞的運(yùn)動(dòng),這個(gè)“雙手”也集成了觸覺(jué)和視覺(jué)感知。機(jī)器人手臂用于抓取碎片和執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)的力量,如插入那些小木塞,必須加以調(diào)整。正如Pham教授所解釋的那樣,這很難做到,因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人在精確定位上比在力量調(diào)節(jié)方面更好。

      機(jī)器人手腕上的力傳感器始終如一地幫助機(jī)器人,準(zhǔn)確地拾取這些部件,并沿著表面滑動(dòng)插頭以找到這些孔并將其插入。雖然想要建造我的家具的機(jī)器人確實(shí)很有吸引力,它被用來(lái)研究和探索一個(gè)被稱為靈巧操縱的機(jī)器人領(lǐng)域,它需要精確的力量控制,并且在對(duì)象操縱中類似于人類,因?yàn)樗鼘?shí)際上有特殊的機(jī)器人手指。

    Pham教授表示,直到目前為止,靈巧操縱的自主演示只能用于更多“基本任務(wù)”?!耙粋€(gè)原因可能是人類環(huán)境中復(fù)雜的操作任務(wù)需要許多不同的技能,”Pham教授解釋說(shuō)。 “這包括能夠繪制物品的確切位置,規(guī)劃無(wú)碰撞的運(yùn)動(dòng)路徑,并控制所需的力量。在這些技能之上,你必須能夠管理他們之間復(fù)雜的相互作用?!?/span>

      現(xiàn)在他們已經(jīng)達(dá)到了展示機(jī)器人建立宜家椅子能力的目標(biāo),該團(tuán)隊(duì)正在與各家公司合作,將這種類型的操作應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)。例如,他們目前正在為機(jī)器人準(zhǔn)備用于玻璃粘接的工作,這在汽車應(yīng)用中很有用。

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