Vytváření vlastních nástrojů pro výrobní linky

„Většinu věcí stále vyrábíme na montážních linkách, které jsou skvělé, ale také velmi rigidní. Pandemie ukázala, že potřebujeme způsob, jak tyto linky v případě potřeby snadno předělat. Naší myšlenkou bylo vytvořit zakázkové nástroje pro výrobní linky využívající koncept velmi jednoduchého robota, který zvládne jeden úkol s konkrétním chapadlem. Když pak dojde ke změně úkolu, stačí jen vyměnit chapadlo,“ konstatuje Adriana Schulz, odborná asistentka na Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering Washingtonské univerzity.

Protože pasivní chapadla se nemohou operativně přizpůsobit předmětu, který mají zvednout, jsou naopak objekty, s nimiž mají manipulovat, navrženy tak, aby odpovídaly konkrétnímu chapadlu. Takovým nejúspěšnějším pasivním chapadlem na světě jsou vidlice na vysokozdvižném vozíku. Fungují dobře pouze se specifickými tvary, jako jsou palety, takže vše, co je potřeba uchopit, musí být na paletě. „Nechceme předem definovat geometrii pasivního chapadla, místo toho ale chceme vzít geometrii jakéhokoli objektu a navrhnout chapadlo,“ řekl Jeffrey Lipton, spoluautor studie.

Navrhování chapadla a trajektorie

Existuje mnoho různých možností pro chapadlo. Jeho tvar je obvykle spojen s cestou, kterou robotické rameno urazí, aby předmět zvedlo. Když je ale chapadlo navrženo nesprávně, je nebezpečí, že při pokusu o vyzvednutí předmětu do něj narazí, což se výzkumný tým z UW rozhodl vyřešit. Vytváří vlastní chapadla, aby pomohl strojům uchopit více věcí.

Pro udržení stability předmětu v uchopení jsou zásadní místa, kde se chapadlo dotýká předmětu. Jde o sadu bodů nazývaných „konfigurace uchopení“. Chapadlo se musí dotýkat předmětu v těchto daných bodech a musí být jako jeden pevný předmět spojující kontaktní body s ramenem robota. Pak je možné hledat trajektorii vložky, která splňuje dané požadavky.

Pro návrh nového chapadla a trajektorie tým výzkumníků nejprve poskytne počítači 3D model objektu a jeho orientaci v prostoru. Algoritmus poté vygeneruje možné konfigurace uchopení a seřadí je na základě stability a dalších metrik. Pak vybere nejlepší možnost a provede kooptimalizaci, aby zjistil, zda je trajektorie vložky možná. Pokud nenajde žádné vhodné řešení, přejde na další konfiguraci uchopení v seznamu a pokusí se provést kooptimalizaci znovu. Jakmile počítač najde správnou shodu, vytvoří dvě sady instrukcí: první je určena pro 3D tiskárnu k výrobě chapadla a druhá charakterizuje trajektorii pro rameno robota po vytištění a připevnění chapadla.

Vlastní testování

Novou metodu tým testoval na různých objektech a navrhl i objekty, které by byly pro tradiční uchopovací roboty náročné, jako jsou např. předměty s velmi mělkými úhly nebo předměty s vnitřním uchopením vyžadující vložení klíče. Při testech bylo použito deset testovacích snímačů s dvaadvaceti tvary. Většina tvarů měla alespoň jeden úspěch (dva nikoli) a u šestnácti z nich uspělo všech 10 snímačů. I bez jakéhokoli lidského zásahu algoritmus vyvinul stejné strategie uchopení pro podobně tvarované objekty, což vedlo vědce k přesvědčení, že cestou k řešení by mohlo být vytvoření pasivního chapadla, které bude schopné zvedat spíše určitou třídu objektů než konkrétní objekt.

Petr Sedlický Foto: University of Washington