Пальці-оригамі допомогли роботу втримати предмети

Вчені з Гонконзького університету науки і технологій звернулися до техніки оригамі та створили роботизовану руку, яка втримує предмети різної форми, по-різному складаючи грані пласких подушечок “пальців”. Вони продемонстрували три типові конфігурації - випуклу, ввігнуту та положення з нахилом. Маніпулятор представили на конференції IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), а більш докладно про роботу інженерів можна почитати у препринті, опублікованому на arxiv.org.

kzc tony / YouTube

Хіба роботи не вміють брати щось руками?

Захоплення предметів - це одна з найбільш популярних прикладних задач робототехніки, адже роботів, здатних маніпулювати предметами, збираються використовувати на конвеєрних лініях та складах великих виробництв. Класичним прикладом взаємодії роботів з предметами є паралельне захоплення - робот підхоплює цікавий йому предмет “руками” з двох паралельних пластин. Однак для ефективної роботи з людьми цього мало: робот має вміти надійно хапати предмети різної щільності та форми, не руйнувати їх та мати можливість швидко адаптуватися під різні положення та умови.

Традиційно для збільшення можливостей маніпуляторів, інженери проєктують різні накладки на “подушечки пальців” робота: одні допомагають ідентифікувати предмет, інші щільно його вхопити. Так інженери Toyota розробили пальці з надувних камер, які можуть адаптуватися під різні поверхні завдяки своїй пластичності. Цього разу вчені вирішили створити кінчик пальця, який не пасивно підлаштовується під предмети та їхні особливості, а самостійно трансформується для різних задач - наприклад, може утворювати увігнуту поверхню, щоб захопити предмет, стиснувши його.

До чого тут оригамі?

Японське мистецтво складання фігурок з паперу все частіше знаходить застосування при розробці пристроїв з керованою формою. Найбільшої популярності вона набула серед інженерів-розробників високомобільних роботів, які здатні адаптуватися до середовища, змінюючи свою форму. Дизайн кінчиків пальців робота, створений інженерами також не новий - у своїй роботі вони спираються на дослідження, де вчені також розробили маніпулятор для захоплення за принципом оригамі. Новий варіант припускає три типові конфігурації для основних геометричних фігур, а їхнє захоплення конструкція забезпечує зміною режимів завдяки зміні кутів нахилу частин пластини. Тобто скелет конструкції використовує оригамі для створення бажаних положень згинанням подушечок пальців маніпулятора.

Як працює новий маніпулятор?

Раніше вчені з’ясували, що для успішного захоплення різних предметів, роботу треба навчитися поворотних маніпуляцій, які б допомагали втримати об'єкти зі зміщеним центром маси. Тобто не відпускати його, щоб змінити положення, а переорієнтовувати одразу в руці. У своїй роботі інженери зосередилися саме на цьому, тому створили три стандартні конфігурації: випуклу, ввігнуту та з нахилом, щоб коригувати площу дотику до предмета та мати можливість втримувати різні речі, не відпускаючи їх.

Пальці роботизованої руки складаються з двох основних компонентів: м'якого скелета, який складається як оригамі, залежно від задачі, та 4 стрижнів, які приводять його в дію. Дослідники помістили кульову опору в центр кінчика пальця, щоб забезпечити тривимірне вільне обертання і підтримку поверхні, а для управління фасетками, які згинаються, використали серводвигун. За словами інженерів, вони виявили, що розроблений ними кінчик пальця має безліч корисних характеристик, а головне - може швидко перемикатися між різними конфігураціями та режимами залежно від поставленого завдання. В майбутньому вони планують інтегрувати свою конструкцію для гуманоїдних роботів, враховуючи, що за невисокої вартості складових, вона може допомогти автоматизувати процеси складальної лінії, знижуючи витрати часу на зміну затисків маніпуляторів.