Инновационная система обнаружения формы и контакта повышает безопасность континуум-роботов

Japan Advanced Institute of Science and Technology, Исикава, Япония

Когда человек касается робота, робот меняет свое движение, чтобы избежать столкновения. (Изображение: Van Anh Ho из JAIST)

Вдохновение природой

В природе многие организмы, такие как осьминоги с их гибкими щупальцами или слоны с хоботами, демонстрируют удивительную ловкость. Вдохновленные этими естественными структурами, исследователи стремятся разработать высокогибкие континуум-роботов, предлагающие надежность и безопасность. Идеально, континуум-робот характеризуется множеством степеней свободы (DOF) и количеством суставов, большим, чем необходимо для большинства задач. Эти характеристики позволяют им динамически регулировать и модифицировать свою форму, позволяя избегать препятствий и неожиданных ситуаций. Однако их сложные движения затрудняют характеристику их формы и движения.

Традиционные аналитические техники для получения решений кинематических и динамических проблем континуум-роботов полагаются на сложное моделирование, увеличивая вычислительные затраты. Альтернативно, гибкие сенсоры, встроенные в континуум-роботов, могут использоваться для отслеживания их формы и движения, но этот метод требует множества низкодетальных сенсоров, делая систему громоздкой. Более перспективное решение — использование единственного сенсорного модуля на конце континуум-робота. Однако предыдущие исследования в этом направлении в основном фокусировались на позе робота и не решали проблему обнаружения контакта.

Система ConTac

Заполняя этот пробел, команда исследователей из Японии, возглавляемая доцентом Ван Ань Хо из Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST), разработала новую систему под названием ConTac. Эта система может оценивать форму и контакт роботизированной руки с мягкой кожей.

По словам д-ра Хо, «Конечная цель этой системы — внедрение в континуум-робота, но в этом исследовании мы фокусировались на восприятии с использованием артικулированной роботизированной руки и мягкой кожи для верификации». Команда включала докторантов Туан Тай Нгуена и Куан Хан Лю из JAIST, а также д-ра Дин Кванг Нгуена из университета VNU-UET в Ханое.

Система ConTac состоит из основы, имитирующей изгиб континуум-робота, мягкой кожи с маркерами, камеры для наблюдения деформации кожи, моделей для сенсирования формы и контакта кожи, и режима управления с учетом контакта. Эта система может быть применена к любому блоку ConTac или любому другому роботу с тем же механизмом и формой без какой-либо калибровки.

Блок ConTac — это собранная континуум-эмулирующая роботизированная рука с основой и мягкой кожей. Исследователи также разработали адмитанс-базированный контроллер для этой системы, который использует перцептивную информацию для направления движений роботизированной руки. Кроме того, блок ConTac является экономически эффективным и может быть изготовлен из конвенциональных материалов.

Глубокое обучение и переносимость

Эта инновационная система использует две модели глубокого обучения для реконструкции формы и обнаружения контакта мягкой континуум-кожи. Эти модели были обучены полностью с использованием симуляционных изображений и затем прямо адаптированы к реальным роботам без дообучения, экономя время и ресурсы. Переносимость системы была протестирована на двух разных блоках ConTac, которые показали схожую производительность без каких-либо дополнительных корректировок.

Подчеркивая значимость этого исследования, д-р Хо сказал: «Система ConTac нацелена на использование в различных роботизированных системах без необходимости сложных корректировок. Гибкие роботизированные руки, оснащенные нашей системой, идеальны для умного земледелия и услуг здравоохранения, где роботы должны навигировать в средах с множеством препятствий и безопасно взаимодействовать с людьми. Их мягкость и гибкость в сочетании со способностью чувствовать окружение делают их идеальными для взаимодействия с растениями и пациентами».

Принципы сенсирования и управления, используемые в этом фреймворке, могут привести к новым тактильным сенсорам, которые могут быть прикреплены к любой существующей роботизированной системе, предлагая новые парадигмы сенсирования и управления для безопасного человеко-роботного взаимодействия без изменения оригинального дизайна робота. «Представьте общество, где каждый робот и машина обладает чувством тактильного восприятия. Эта трансформация бы революционизировала индустрии и повседневную жизнь», — сказал д-р Хо.

Для дополнительной информации свяжитесь с Ван Ань Хо: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; +81 761-51-1584.