Двух пальцев достаточно: упрощённый роботизированный захват оказался не хуже аналога кисти

В последние годы робототехники по всему миру придумали немало различных захватов, которые могут поднимать различные типы объектов и манипулировать ими, совершая заданные действия.


Несмотря на хорошую производительность, многие роботизированные системы с пальцами, подобные человеческим кистям рук, подразумевают использование передовых и дорогостоящих механизмов, а также соответственно сложного программного обеспечения (ПО). Но по мере создания энергоэффективных и экономичных роботов возникает вопрос: а должен ли манипулятор устройства быть похож на человеческую руку?

Исследователи из Университета Пердью и Массачусетского технологического института (MIT) недавно разработали более простой, но достаточно эффективный роботизированный захват. Испытания доказали, что новинка ловко манипулирует объектами, несмотря на меньшее количество так называемых степеней свободы.

Степень свободы — важная характеристика подвижных деталей механизмов. Так называют комбинацию независимых координат перемещения или вращения, полностью определяющую положение системы или тела. Иными словами, степень свободы — это количество плоскостей, в которых возможны движения.

Соавтор научной статьи об изобретении Ю Шэ объяснил, что роботизированные руки, похожие на человеческие, отличаются высокой производительностью и ловкостью. Однако они пропорционально сложны с точки зрения и программирования, и управления ими. Напротив, раздвижные захваты (почти что «ухваты») с единственной степенью свободы просты и в смысле ПО, и в управлении, но бедны возможностями для манипуляций. Вот почему команда исследователей решила сконструировать захват, устранив разрыв между крайностями в подходе к робототехническим манипуляторам.

Новый захват, разработанный Шэ и его коллегами, имеет пять степеней свободы. Его сравнительно несложная конструкция упрощает необходимое ПО, и вместе с тем концепт достаточно близок к возможностям человеческих рук. Помогают в этом сенсорные данные, записываемые встроенным визуально-тактильным датчиком. Новый захват, по сути, состоит из двух пальцев, прикрепленных к основанию.



Основание захвата обеспечивает одно положение для закрывания и открывания, объяснил Шэ. Каждый палец оснащён линейным приводом и серводвигателем вращения, что обеспечивает в общей сложности пять оборотов. Пальцы захвата изготовлены методом 3D-печати из популярного для такого применения пластика PLA (полилактида). В кончике левого пальца руки — тактильный и одновременно визуальный датчик GelSight Mini, предоставляющий информацию о габаритах, ориентации и силе воздействия на захватываемый объект.

Исследователи оценили захват в череде экспериментов и обнаружили, что он превосходит базовые навыки манипулирования большинства простых захватов, у которых по несколько степеней свободы. Захват может эффективно выполнять два важных типа работы с объектами, известные как отделение и зачёрпывание. Например, он может имитировать движения человека, собирающего ракушки на пляже.

Роботизированный захват, представленный учёными, теперь совершенствуют для решения задач по манипулированию мягкими предметами.