Роборука схватит и переместит несколько предметов за один раз

Корейские инженеры разработали роборуку MoGrip, которая способна захватывать и перемещать несколько предметов одновременно. С помощью четырех пальцев захват может по очереди побирать предметы различной формы и размеров и перемещать их на «хранение» в свою ладонь — полость с двумя движущимися эластичными лентами с гибкими ворсинками, которые удерживают предметы, не позволяя им выпасть. Эксперименты показали, что такая конструкция сокращает общее время операций типа «захват-перенос-размещение» на 34 процента и уменьшает длину траектории манипулятора примерно на 70 процентов по сравнению с переносом по одному объекту за раз. Статья с описанием захвата опубликована в журнале Science Robotics.

Большинство манипуляторов, которые используются в современной робототехнике, обычно могут захватывать, удерживать и перемещать не более одного предмета одновременно. Это приводит к тому, что в задачах, которые требуют манипуляций с несколькими объектами, роботу приходится совершать множество лишних движений, перемещая каждый предмет по отдельности. Даже если роборука способна захватить несколько объектов, она зачастую не может разместить их по отдельности в нужной ориентации и с достаточной точностью. В отличие от этого, человеческая рука демонстрирует гораздо большую ловкость: она может легко перемещать предметы из пальцев в ладонь, используя ее для временного хранения. При этом пальцы освобождаются для захвата новых объектов.

Этот принцип лег в основу робозахвата MoGrip, разработанного корейскими инженерами под руководством Чжо Гю-Чжина (Kyu-Jin Cho) из Сеульского национального университета. Созданный инженерами захват состоит из ладони и четырех пальцев, установленных по ее периметру на направляющих. Пальцы представляют собой систему тяг и шарниров, управляемых двумя системами тросов-сухожилий. Одна из них отвечает за сжатие для захвата предмета, а вторая обеспечивает линейное перемещение всех четырех пальцев по направляющим для передачи объекта в ладонь и обратно.

В роли ладони выступает полость внутри захвата, по бокам которой установлены два параллельных друг другу конвейера с эластичными лентами. На лентах находятся гибкие волоски из того же эластичного материала. Они деформируются при взаимодействии с объектом, обхватывая и удерживая его. Конвейерные ремни управляются одним мотором, который вращает их одновременно, чтобы перемещать объекты глубже в зону хранения или обратно к пальцам. Множество волосков способны удерживать объекты разного размера, массы и формы, благодаря их способности к деформации под нагрузкой.

Процесс работы MoGrip выглядит так: пальцы захватывают объект и поднимают его к входу ладони. Затем ладонь подхватывает объект с помощью волосков на конвейерных ремнях и поднимает его в зону хранения, освобождая пальцы для манипуляций со следующим предметом. Когда необходимо выложить предмет, конвейер опускает его к пальцам и весь процесс происходит в обратном порядке. Такая конструкция позволяет манипулятору захватывать последовательно несколько предметов, удерживая их внутри ладони, а затем выкладывать каждый из них по отдельности в заданных точках.

Во время тестов инженеры проверили способность захвата MoGrip, присоединенного к роборуке, справляться с предметами различной формы и размера. Робозахват успешно перемещал цилиндрические, прямоугольные и асимметричные предметы, включая легко деформируемые. Захват смог подобрать и переместить одновременно до четырех объектов. Испытания показали, что использование MoGrip позволяет сократить длину траектории робоманипулятора примерно на 70 процентов, а время выполнения задачи по перемещению предметов на 34 процента по сравнению с захватами, которые могут перемещать только по одному предмету.

MoGrip имеет потенциал для масштабируемости. Например, увеличение размера ладони позволит захватывать предметы большего размера, а повышение плотности волосков на транспортных лентах позволит удерживать более тяжелые объекты. Кроме того, инженеры предложили несколько путей для улучшения конструкции. Например, добавление дополнительных датчиков поможет повысить точность размещения, а интеграция тактильных сенсоров и систем машинного зрения позволит определять форму, вес и ориентацию объектов, автоматически адаптируя движения. В будущем инженеры также планируют добавить возможность вращения пальцев и ладони для работы с объектами в разных ориентациях. Это позволит размещать предметы даже под углами или на неровных поверхностях.

Человекоподобная роборука, созданная инженерами из Федеральной политехнической школы Лозанны совместно с коллегами из MIT, тоже может захватить больше одного предмета с помощью своих пяти пальцев. Однако ее главная особенность заключается в том, что она может полностью отсоединяться от манипулятора и самостоятельно передвигаться, используя пальцы в качестве ног. Благодаря этой способности, рука может захватывать предметы, лежащие вне зоны досягаемости основного робота.