軟機器人手可以拾取并識別各種各樣的物體

機器人有許多強大的西裝，但傳統上不是其中之一。剛性肢體和數字使他們難以抓住，握住和操縱一系列日常物品而不會掉落或壓碎它們。

最近，麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室(CSAIL)的研究人員發現，解決方案可能是轉向一種更常見的與新建筑和Silly Putty相關的物質：硅膠。

在本月的一次會議上，來自CSAIL總監Daniela Rus的分布式機器人實驗室的研究人員展示了一種由硅橡膠制成的3D打印機器人手，可以提升和處理像雞蛋一樣細膩，像光盤一樣薄的物體。

同樣令人印象深刻的是，它的三個手指具有特殊的傳感器，可以準確地估計物體的大小和形狀，以便從一組多個物品中識別它。

“由于與不同尺寸和材料的物體相互作用有多么困難，機器人通常受限于他們能做的事情，”羅斯說。“抓握是能夠完成有用任務的重要一步; 通過這項工作，我們開始開發軟手和支持控制和規劃系統，使動態抓取成為可能。“

該論文由Rus和研究生Bianca Homberg，博士候選人Robert Katzschmann和博士后Mehmet Dogar共同撰寫，將在本月的智能機器人和系統國際會議上發表。

軟機器人的硬科學

抓手，也可以拿起網球，魔方和豆豆寶貝等物品，是CSAIL羅斯實驗室大量工作的一部分，旨在展示所謂的“軟機器人”的價值“由非常規材料制成，如硅膠，紙張和纖維。

研究人員表示，與“硬”機器人相比，軟機器人具有許多優勢，包括能夠處理不規則形狀的物體，擠入狹小的空間，并能夠輕松地從碰撞中恢復。

Homberg說：“一個手腳僵硬的機器人在拾取物體等任務時會遇到更多麻煩。” “這是因為它必須擁有一個良好的物體模型，并花費大量時間思考它將如何進行掌握。”

軟機器人代表了一種有趣的新選擇。然而，它們額外的靈活性(或“合規性”)的一個缺點是它們通常難以準確地測量物體的位置，或者即使它們已經成功地拾取它。

這就是CSAIL團隊的“彎曲傳感器”進入的地方。當抓手在物體中嗡嗡作響時，手指會根據曲率發回位置數據。使用此數據，機器人可以拾取未知對象并將其與表示過去對象的現有數據點集合進行比較。通過一次抓取僅有三個數據點，機器人的算法可以區分物體大小與杯子和檸檬水瓶子相似。

Katzschmann說：“作為一個人，如果你被蒙上眼睛，你選擇了一些東西，你就能感受到它并且仍然能夠理解它是什么。” “我們希望在機器人中發展出類似的技能 - 基本上，讓他們'看得見'，而實際上他們無法看到。”

該團隊希望，隨著傳感器的進一步發展，系統最終可以識別出數十個不同的物體，并根據它們的大小，形狀和功能進行編程，以便與它們進行不同的交互。

這個怎么運作

研究人員通過一系列活塞來控制夾具，這些活塞將加壓空氣推過硅膠手指。活塞導致小氣泡在手指中膨脹，促使它們伸展和彎曲。

手可以使用兩種類型的抓握來抓握：“包裹抓握”，其中物體完全包含在抓手內，以及“捏抓”，其中物體由手指的尖端保持。

該夾具配備了廣受歡迎的百特制造機器人，顯著優于百特的默認夾具，無法拾取CD或紙張，并且容易像蘇打罐那樣完全破碎物品。

與Rus 先前的機器人手臂一樣，手指由硅橡膠制成，之所以選擇它是因為它具有相對堅硬的特性，而且還具有足夠的柔韌性，可以隨著活塞的壓力而膨脹。同時，夾具的接口和外部指模采用3D打印，這意味著該系統幾乎可以在任何機器人平臺上使用。

Rus表示，未來，該團隊計劃將更多時間用于改進和增加更多傳感器，以便抓手識別更多種類的物體。

“如果我們想要以人為本的環境中的機器人，他們需要更具適應性，能夠與形狀和位置不確切知道的物體進行互動，”羅斯說。“我們的夢想是開發一種機器人，就像人類一樣，可以接近大小的未知物體，確定其近似的形狀和大小，并找出如何在一個無縫運動中與之對接。”

這項工作是在麻省理工學院的分布式機器人實驗室完成的，得到了??波音公司和國家科學基金會的支持。