Инновационная система обнаружения формы и контактов повышает безопасность роботов непрерывного действия

Японский институт передовых наук и технологий, Исикава, Япония

Когда человек касается робота, робот меняет свое движение, чтобы избежать столкновения. (Изображение:Ван Ань Хо из JAIST)

В природе многие организмы, такие как осьминоги с их гибкими щупальцами или слоны с хоботами, обладают замечательной ловкостью. Вдохновленные этими природными структурами, исследователи стремятся разработать очень гибких роботов непрерывного действия, обеспечивающих надежность и безопасность. В идеале континуальный робот характеризуется множеством степеней свободы (ГРИП) и количеством соединений, превышающим необходимое для большинства задач. Эти характеристики позволяют им динамически корректировать и изменять свою форму, позволяя избегать препятствий и неожиданных ситуаций. Однако их сложные движения затрудняют характеристику их формы и движения.

Традиционные аналитические методы для получения решений кинематических и динамических проблем непрерывных роботов основаны на сложном моделировании, что увеличивает вычислительные затраты. В качестве альтернативы для отслеживания их формы и движения можно использовать гибкие датчики, встроенные в континуальные роботы, но для этого метода требуется множество датчиков с низким разрешением, что делает систему громоздкой. Более многообещающее решение — использование одного сенсорного модуля в конце непрерывного робота. Однако предыдущие исследования в этом направлении в основном были сосредоточены на позе робота и не касались обнаружения контакта.

Чтобы устранить этот пробел, группа исследователей из Японии под руководством доцента Ван Ань Хо из Японского института передовых наук и технологий (JAIST) разработала новую систему под названием ConTac. Эта система может оценить форму и контакт роботизированной руки с мягкой кожей.

По словам доктора Хо, «конечная цель этой системы — реализовать ее в непрерывном роботе, но в этом исследовании мы сосредоточились на восприятии с использованием шарнирной роботизированной руки и мягкой кожи для проверки». В команду вошли аспиранты Туан Тай Нгуен и Куан Кхань Луу из JAIST, а также доктор Динь Куанг Нгуен из университета VNU-UET в Ханое.

Система ConTac состоит из основы, имитирующей изгиб континуального робота, мягкой кожи с маркерами, камеры для наблюдения за деформацией кожи, моделей для определения формы и контактного восприятия кожи, а также режима управления с учетом контакта. Эту систему можно применить к любому устройству ConTac или любому другому роботу с таким же механизмом и формой без какой-либо калибровки.

Устройство ConTac представляет собой собранную роботизированную руку, имитирующую континуум, с позвоночником и мягкой кожей. Исследователи также разработали для этой системы контроллер на основе допуска, который использует перцептивную информацию для управления движениями роботизированной руки. Кроме того, устройство ConTac экономически выгодно и может быть изготовлено из обычных материалов.

Эта инновационная система использует две модели глубокого обучения для реконструкции формы и обнаружения контакта кожи с мягким континуумом. Эти модели были полностью обучены с использованием симуляционных изображений, а затем были напрямую адаптированы к реальным роботам без тонкой настройки, что позволило сэкономить время и ресурсы. Возможность переноса системы была протестирована на двух разных устройствах ConTac, которые работали одинаково без каких-либо дополнительных настроек.

Подчеркивая важность этого исследования, доктор Хо сказал:"Система ConTac предназначена для использования в различных роботизированных системах без необходимости сложных настроек. Гибкие роботизированные руки, оснащенные нашей системой, идеально подходят для интеллектуального сельского хозяйства и медицинских услуг, где роботы должны перемещаться по средам со 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 восприятия и управления, используемые в этой структуре, могут привести к созданию новых тактильных датчиков, которые можно будет прикрепить к любой существующей робототехнической системе, предлагая новые парадигмы восприятия и управления для безопасного взаимодействия человека и робота без изменения исходной конструкции робота. "Представьте себе общество, в котором каждый робот и машина обладают осязанием. Эта трансформация произведет революцию в промышленности и повседневной жизни", - сказал доктор Хо.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Ван Ань Хо по адресу:Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра у вас должен быть включен JavaScript.; +81 761-51-1584.