Инженеры NUS создали гибридного робота с мягким захватом для промышленных применений

Вдохновленные естественной ловкостью человеческой руки, команда инженеров Национального университета Сингапура (NUS) создала переконфигурируемую гибридную роботизированную систему, способную захватывать разнообразные объекты: от маленьких, мягких и нежных до больших, тяжелых и громоздких. Эта технология ожидается повлияет на ряд отраслей, включая сборку пищевых продуктов, вертикальное фермерство и упаковку товаров повседневного спроса, которые будут прогрессивно автоматизироваться в ближайшие годы.

Под руководством доцента Рае Ёу из Департамента биомедицинской инженерии и Центра передовых робототехнических исследований NUS, гибридные роботизированные захватчики используют мягкие гибкие 3D-печатаемые пальцы с переконфигурируемым основанием захватчика.

«Форма, текстура, вес и размер объекта влияют на выбор способа захвата. Это одна из главных причин, почему многие отрасли все еще сильно полагаются на человеческий труд для упаковки и манипулирования нежными предметами», — сказал Ёу. «Наша технология гибридных роботизированных захватчиков революционизирует традиционные задачи pick-and-place, предлагая передовые возможности, позволяющие роботам безопасно взаимодействовать с нежными предметами различных форм, размеров и жесткости, как человеческая рука».

Захват — одна из самых распространенных и естественных задач для людей, но для роботов она не столь интуитивна. Для достижения человеко-подобных способностей захвата роботам нужны компьютерное зрение и глубокое обучение для определения типа объектов и их ориентации. Захватчик может затем автоматически решать, как лучше подбирать и размещать объекты, минимизируя необходимость интенсивного человеческого вмешательства.

С целью разработки роботизированных захватчиков, ловких как человеческие руки, команда создала гибридные захватчики, состоящие из трех или четырех мягких пальцев, которые могут переконфигурироваться по требованию. Пальцы пневмоприводные и оснащены новым механизмом блокировки для регулируемой жесткости. Разработаны три типа гибридных роботизированных систем захвата — почти как три разные руки, полезные в разных контекстах.

Первый — GourmetGrip, подходящий для самых гранулярных задач, таких как обработка нежных кусочковых закусок или легко повреждаемой еды, например тофу, и их упаковка в коробки для выноса. Этот мягкий режим переконфигурируем для приспособления к различным позам захвата и пространственным ограничениям. При монтаже на промышленный роботизированный манипулятор GourmetGrip достигает скорости pick-and-place пищевых продуктов, сравнимой с человеческой, и может выполнять эти задачи в постоянном темпе круглосуточно.

При сравнении с другими коммерчески доступными захватчиками система GourmetGrip демонстрирует около 23% улучшения эффективности захвата, с способностью удерживать предметы быстрее и точнее. На данный момент система GourmetGrip может эффективно подбирать более 50 различных пищевых продуктов: пудинг, кусочки торта, овощи и фрукты.

Второй тип захватчика — UnisoGrip (Universal Soft Gripper), более универсальное решение команды. Он предназначен для обработки упакованных товаров на конвейере на финальной стадии укладки в коробки для отправки и транспортировки.

Он способен значительно расширять диапазон захвата, имеет мягкие вращающиеся пальцы для нежного хвата и вакуумный присоску, позволяющий манипулировать неудобно позиционированными объектами, например углом поддона.

В отличие от GourmetGrip с диапазоном захвата, похожим на человеческую руку, UnisoGrip значительно больше и может обрабатывать предметы шириной до 30 см и весом до 3 кг, что делает его более универсальным для широкого спектра товаров потребления. Он также имеет на 20% более высокую эффективность захвата, чем другие коммерческие захватчики. На данный момент система UnisoGrip может подбирать более 30 типов товаров: бутилированные напитки, пачки кофе, дозаправки для средств и др.

Третий тип — полностью настраиваемый, основанный на платформах GourmetGrip/UnisoGrip для адаптации к специфическим потребностям клиентов и пространственным ограничениям. Этот подход предлагает широкий спектр вариантов захвата для объектов разных форм, размеров и упаковочных материалов.

Стартап NUS RO+ предлагает коммерческим партнерам различные варианты развертывания роботизированных систем захвата — они могут поставляться в комплекте с роботизированным манипулятором или приобретаться отдельно, так как захватчики легко монтируются на коммерческие манипуляторы для компаний, уже имеющих свои. RO+ также планирует предложить 4-в-1 решение: захватчик, манипулятор, модуль компьютерного зрения и конвейерную систему. Команда также работает над повышением интеллекта захватчиков через машинное обучение, где система может обучаться через онлайн-библиотеку для непрерывного обучения и оптимизации захвата новых предметов.