Månlandningsmotsvarande för robotar: Montering av en IKEA-stol

Människor har länge fruktat att robotar tar över världen. Sanningen är dock mer prosaisk. Det är verkligen så att robotar har revolutionerat vissa uppgifter som till exempel biltillverkning.

Men i många verkliga uppgifter kommer robotar en dålig andraplats efter människor. De tycker att det är omöjligt att arbeta i den röriga, röriga miljö som människor lätt klarar av. De har svårt att lokalisera och plocka upp små föremål och de saknar finkontrollen för att montera komponenter.

Alla dessa problem exemplifieras i en enda uppgift – monteringen av en IKEA-stol. Detta är en aktivitet som många människor kommer att ha utfört med olika grader av framgång men som robotar helt enkelt inte kan slutföra. Åtminstone inte än.

Nu har Francisco Suarez-Ruiz och Quang-Cuong Pham vid Nanyang Technological University i Singapore satt upp som mål att sätta ihop en IKEA-stol med hjälp av en robot. Och i dag avslöjar de vilka framsteg de har gjort. Deras robot är inte riktigt kapabel att slutföra hela uppgiften men den har tagit betydande steg i den riktningen.

Roboten i fråga består av två armar som kan röra sig i sex axlar, var och en utrustad med parallella gripdon för att plocka upp föremål. Dessa gripdon kan inte manipulera föremål i handen när de väl plockats upp. Men de är vanliga i industrin så alla lärdomar som Suarez-Ruiz och Pham lär sig kommer att vara allmänt tillämpliga.

Griparna har också kraftsensorer för att avgöra hur starkt de griper och hur kraftfullt de trycker föremål i kontakt med varandra. Roboten har också ett visionsystem som består av sex kameror som kan spåra upp till fem objekt med en positionsnoggrannhet på cirka tre millimeter.

Det är ett imponerande kit men det möter en formidabel motståndare i form av en IKEA-stol.

Suarez-Ruiz och Pham har delat upp monteringsjobbet i olika deluppgifter. En av dessa är införandet av en liten träcylinder, en plugg, i ett hål i en annan trästav.

Denna aktivitet i sig består av tre uppgifter. Först måste en arm lokalisera och ta upp pluggen. För det andra måste den andra armen lokalisera och plocka upp träpinnen. Slutligen måste roboten lokalisera hålet och sätta in pluggen i den.

Den roboten stöter genast på ett antal problem. Den första är att pluggen bara är några millimeter stor och så nära synsystemets gräns för positionsnoggrannhet.

Suarez-Ruiz och Pham löser detta med ett protokoll där roboten placerar parallellgriparna nära pluggen, samtidigt som de känner att den är i kontakt med bordet. Den stänger sedan sakta greppet för att ta tag i pluggen.

Pinnen är lättare att greppa. Men hålet i det är svårt att lokalisera eftersom det också är på gränsen för den vision som systemet kan upptäcka.

Suarez-Ruiz och Pham har ett annat protokoll för att lösa detta. Roboten placerar pluggen på pinnen nära hålet och utför en förprogrammerad sekvens av rörelser för att kartlägga formen på ytan och dess kanter med hjälp av dess kraftsensorer. Den utforskar sedan ytan nära hålet genom att trycka pluggen försiktigt mot ytan tills den går in i hålet.

Och det är det - den första framgångsrika robotinsättningen av en träpinne i ett hål i något som liknar verkliga förhållanden. Suarez-Ruiz och Pham har lagt upp en video av deras robot i aktion här .

Det är ett viktigt steg mot den bedrägligt svåra uppgiften att montera en IKEA-stol. Och duon är fast beslutna att gå längre. Detta arbete kommer att fortsätta tills alla uppgifter som krävs för att montera en IKEA-stol är slutförda, säger de.

Naturligtvis är förhållandena inte riktigt vad de flesta människor måste klara av. Delarna syns tydligt på ett vitt bord under bra ljus, snarare än strödda på golvet på en dåligt upplyst vind omgiven av kartongförpackningar. Det finns inte heller andra distraktioner som saknade delar, vetande hjälpare eller skrikande barn i bakgrunden.

Men det kanske största problemet är att det här systemet inte kan interagera med människor, som måste hållas borta helt för att inte roboten ska skada dem. Det är ett problem som andra grupper börjar ta itu med.

Kanske kommer dessa grupper tillsammans att komma fram till en maskin som framgångsrikt kan utföra uppgifter som kräver finmotorisk kontroll, under en lång rad verkliga förhållanden utan att skada människorna runt dem. På många sätt är detta mål motsvarigheten till månlandningarna för robotik - det är en extremt svår, men lätt föreställbar uppgift som kan ha en enorm inverkan på mänskligheten.

För när det händer kommer robotar verkligen att ha blivit användbara hushållsapparater som mycket väl kan ta över vissa aspekter av vår värld.

Ref: arxiv.org/abs/1509.04806 : A Framework for Fine Robotic Assembly

Dölj