Роборука отсоединилась от манипулятора и поползла

Инженеры из Федеральной политехнической школы Лозанны и MIT представили на конференции ICRA@40 роборуку с пятью пальцами, которая может отсоединяться от основной части манипулятора и ползти самостоятельно. Действуя автономно, рука может захватить объект вне зоны досягаемости основного робота, после чего вернуться и снова соединиться с ним. Разработчики использовали генетический алгоритм и симуляцию для оптимизации конструкции роборуки, чтобы она могла эффективно выполнять обе функции (захват и передвижение). На разработку обратило внимание издание IEEE Spectrum.

Манипуляторы промышленных роботов нередко оснащают захватами, напоминающими человеческие руки. Несмотря на то, что антропоморфность робоконечности облегчает взаимодействие с инструментами и объектами, предназначенными для использования человеком, она также накладывает и определенные ограничения, присущие оригиналу. Обычно такие манипуляторы, например, не могут захватывать сразу несколько предметов, расположенных по разные стороны от захвата, без дополнительных разворотов и перемещений, и способны дотянуться лишь до объектов в пределах рабочей зоны.

Инженеры под руководством Од Бийяр (Aude Billard) из Федеральной политехнической школы Лозанны разработали роборуку, которая свободна от этих ограничений. Ее пальцы, в отличие от пальцев человеческой руки, могут сгибаться симметрично в обе стороны относительно ладони. Это увеличивает количество возможных хватов, используемых для удержания предметов, и позволяет руке захватывать предметы без необходимости переворота на 180 градусов, что может быть особенно полезно, например, в ограниченном пространстве. Помимо этого, у нового захвата есть еще одна интересная особенность: он может полностью отсоединиться от основной части манипулятора и действовать автономно.

Для этого роборука имеет разъединяемое крепление в районе запястья, состоящее из магнитов и фиксирующего винта. В случае, если возникает необходимость достать предмет, который находится вне рабочей зоны манипулятора, захват отсоединяется от основной части манипулятора и самостоятельно добирается до цели, используя для ходьбы пальцы в качестве конечностей. После захвата объекта рука возвращается с добычей к основному роботу, чтобы воссоединиться с ним.

Каждый палец роборуки имеет четыре степени свободы и может отклоняться в обе стороны относительно плоскости руки. Оптимальное количество пальцев и их положение на цилиндрической ладони, разработчики определили с помощью генетического алгоритма. В качестве базовой была выбрана схема, в которой автономно действующая рука использует для захвата и удержания одного, двух или сразу трех предметов только два пальца, а остальные задействует для передвижения. Для моделирования движений роборуки в процессе оптимизации инженеры использовали симулятор MuJoCo. Ключевым параметром для оценки качества оптимизации служило расстояние, которое преодолевает рука.

После виртуальных опытов инженеры приступили к испытаниям реального прототипа, оснащенного пятью пальцами, установленными в оптимальных точках. После отсоединения от основного манипулятора роборука смогла успешно добраться до тестового предмета, схватить его двумя пальцами и, используя свободные три пальца в роли ног, вернуться и воссоединиться с основным роботом. Также, благодаря способности пальцев одинаково эффективно отклоняться в противоположных направлениях относительно плоскости ладони, роборука оказалась способна хватать и удерживать два объекта одновременно без поворота основного манипулятора.

В представленном авторами видео все действия, включая процесс соединения с манипулятором, выполняются в режиме ручного управления. Однако, по словам инженеров, уже существует вариант системы, который умеет действовать автономно, используя для навигации внешнюю систему локализации.

Иногда инженеры-робототехники стараются придать конструкции робота максимальное сходство с биологическим прототипом во всех аспектах. Например, польские инженеры создали прототип роборуки, повторяющий человеческую руку не только по виду, но и по принципу работы.