211service.com
Hjälper robotar att få grepp
En av de viktigaste sakerna som hindrar robotar från att hjälpa till med vardagliga uppgifter är en enkel brist på manuell fingerfärdighet. Ny forskning från ett team vid Columbia University kan hjälpa robotar – och robotproteser – att få ett bättre grepp om alla typer av föremål.
Bra grepp: Ett nytt tillvägagångssätt gör att en komplicerad robothand kan greppa ett föremål lättare.
Peter Allen , professor vid Columbia University och chef för dess Robotics Group , och kollega Matei Ciocarlie utvecklat ett enklare sätt att styra en fingerfärdig robothand genom att utgå från forskning inom biologi. De insåg att medan mänskliga händer har cirka 20 frihetsgrader (20 leder som vardera kan böjas), är varje led inte kapabel att röra sig helt oberoende; istället är dess rörelser kopplade till andra leders rörelser av muskler eller nerver.
Traditionellt har mjukvaran som används för att styra en komplex robothand försökt ta hänsyn till alla frihetsgrader i robothandens leder, men detta är besvärligt besvärligt och saktar ner roboten. Istället bestämde sig Allen och Ciocarlie för att begränsa rörelsen av en robothand på samma sätt som en mänsklig hand är begränsad. Genom att länka samman dess leder på detta sätt visade de att det är möjligt att styra en komplicerad robothand med snabbare, effektivare algoritmer och utan att förlora någon av dess funktionalitet. Man kan lära sig av biologin för att minska frihetsgraderna, säger Allen. Även om du kanske har 20 frihetsgrader behöver du inte använda dem.
Forskarna experimenterade med fyra olika typer av komplexa robothand, som var och en hade flera leder. De utvecklade mjukvara för att styra varje gripare genom att länka samman dess leder. I simuleringar och verkliga tester kunde programvaran snabbt beräkna grepppositioner för att ta tag i olika föremål, inklusive ett vinglas, kolv, telefon, modellflygplan och askfat.
Systemet fungerar i två steg. Först väljer den en rad möjliga grepprörelser beroende på i vilken vinkel handen närmar sig föremålet. För det andra väljer den från dessa positioner den som ger det mest stabila greppet. Sedan, om kontrollanten tycker att grepppositionen ser rätt ut, kan hon ge kommandot och handen kommer att ta tag i föremålet.
Att greppa föremål med en människoliknande hand är ett till synes komplext beräkningsproblem, säger man Charlie Kemp , en professor vid Georgia Institute of Technology, som har utvecklat robotar som kan greppa okända föremål. Detta arbete antyder att det finns en underliggande enkelhet. Det visar att en komplex hand kanske inte kräver en komplex hjärna.
Beräknade grepp: En sensor låter systemet detektera inflygningsriktningen; programvaran beräknar sedan de mest effektiva grepppositionerna.
Jag tror att det är vägen framåt för automatiserat grepp, tillägger Erik Berger , meddirektör för det personliga robotikprogrammet vid Willow Garage, ett robotforskningscenter i Kalifornien. Ur mitt perspektiv är det algoritmiska arbetet ... nytt och användbart, men det mest spännande med vad de gör är de olika tillvägagångssätten de använder för att tillämpa dessa nya algoritmer i den verkliga världen.
I sina experiment förprogrammerade Columbia-teamet systemet med en grov uppfattning om formen på föremålet det skulle ta tag i. Nästa steg är att koppla robotgriparen till ett system som kan utvärdera helt okända objekt i den verkliga världen.
Andra forskargrupper gör framsteg på detta område. Till exempel har Intel skapat teknik som använder elektriska fält för att noggrant känna av känsliga föremål inom räckhåll, medan Andrew Ng och kollegor vid Stanford University har utvecklat en robot som kan beräkna den bästa platsen att ta tag i ett föremål som den inte har sett tidigare.