Один робот помог другому не запутаться в проводе

Инженеры научили пару роботов сообща управляться с проводными инструментами. Ведущий робот использует инструменты, а ассистент следит за тем, чтобы кабель не запутывался и не слишком натягивался. На одном из манипуляторов помощника установлен направляющий блок, а на втором, в зависимости от конфигурации, либо захват, либо моторизованная катушка. Статья доступна на arxiv.org.

Научить роботов пользоваться обычными человеческими инструментами было бы удобно — в перспективе это позволяет отказаться от изготовления насадок на манипуляторы. Если инструмент не интегрирован в робота, то, скорее всего, он подсоединен к электросети независимым кабелем. Человек при работе непрерывно поправляет провод и следит, чтобы он не запутывался, не натягивался и, главное, не попадал в те места, где он может повредиться. Важно, чтобы роботы не только научились пользоваться инструментом, но и следили за безопасностью во время работы.

Даниэль Санчез (Daniel Sanchez) из Осакского университета и его коллеги сделали систему из двух роботов-напарников. Один из них управляется с предметом, который подсоединен по кабелю, а второй следит за кабелем. У каждого робота по два манипулятора: у ведущего два универсальных захвата, а насадки помощника меняются в зависимости от задачи. Один вариант конфигурации — направляющий блок на одном манипуляторе и захват на втором. Во второй конфигурации захват заменяют на моторизованную катушку, которая по сигналу стравливает кабель или наоборот, выбирает его обратно.

Оба робота управляются единой программой, но их действия планируются строго иерархически — помощник подчинен ведущему. Сначала ведущий выполняет действие, например, двигает инструмент или перекладывает его из руки в руку, причем уже на этой стадии алгоритм учитывает наличие кабеля и не позволит сделать действие, которое его порвет. Затем программа симулирует состояние кабеля в новом положении. Проще всего это сделать, если кабель относительно натянут — тогда его можно считать прямой линией, соединяющей две точки.

Затем, исходя из состояния кабеля определяется, какое положение направляющего блока сможет его улучшить. Управление блоком подчинено трем главный правилам: кабель не должен касаться ни роботов, ни предметов, блок не должен слишком близко приближаться к инструменту, наконец, кабель не должен перегибаться на выходе из инструмента. В рамках этих правил программа следит за соблюдением других параметров, в том числе стремится поддерживать кабель умеренно натянутым. Финальная часть алгоритма управляет движениями ассистента, который должен, во-первых, выполнить рассчитанные движения направляющего блока, а во-вторых, при необходимости, дополнительно помочь себе вторым манипулятором.

В одной конфигурации моторизованная катушка должна непрерывно наматывать или разматывать провод в зависимости от натяжения. В альтернативной конфигурации второй манипулятор-захват используется ситуативно, тогда, когда желаемое состояние кабеля недостижимо при помощи одного только блока. Например, в ходе записанного на видео эксперимента манипулятор ассистента схватил провод перед тем, как ведущий робот отпустил инструмент для перехвата. Это было сделано для того, чтобы автонатяжитель провода не сдвинул лежащий предмет.

Сообразительный робот-подмастерье нужен не только другим роботам. Японские инженеры научили механизм двигаться вместе с человеком и подстраиваться под него, чтобы вдвоем двигать один предмет.

Василий Зайцев