Інженери навчили робота-маніпулятора жонглювати, щоб не змушувати його вчитися втримувати різні предмети. Так роборуці вдалося втримати округлий предмет виключно за допомогою балансування, а техніку вчені назвали роботизованим контактним жонглюванням. У своїй статті вони запропонували загальне формулювання алгоритму для всіх подібних маніпуляторів, а для демонстрації вручили роботу овальний круглий предмет. Дослідження інженерів доступне на сервісі препринтів arxiv.org.
Northwestern Robotics / YouTube
Чому інженери обрали жонглювання?
Жонглювання не завжди означає підкидання предметів та існує безліч технік так званого контактного жонглювання, де, наприклад, трюки з м’ячиком засновані виключно на його русі при контакті з тілом. Так жонглер може котити кульку долонями, тілом або навіть через голову. І хоч це часто поєднується з жонглюванням підкиданням, такі техніки відрізняються тим, що не потребують втримання об’єкта — складного завдання для маніпуляторів, а вирішальну роль грає динаміка руху та імпульс. У робототехніці вже використовували одну із технік контактного жонглювання, «метелик», де м’ячик спочатку знаходиться в спокої на долоні, а потім перекочується до її тильної сторони через пальці. Інженери звертаються до технік контактного жонглювання, щоб маніпулятори могли керувати об’ємними округлими об'єктами не намагаючись втримати їх, а просто зберігаючи баланс, повертаючи свої «руки». У своїй роботі розробники вивели перше загальне формулювання алгоритму для роботів з подібними завданнями.
Як роботи жонглюють?
Розроблений інженерами метод розбиває завдання для робота на підзадачі: дослідити кінематику тривимірної динаміки кочення, спланувати рухи для маніпулятора, які б задовольнили їй та навчити його сприймати зворотний зв’язок від свого руху, щоб підтримувати баланс у реальному часі. Останнє маніпулятору допоможе забезпечити високошвидкісна система технічного зору. М’ячик у руці робота має п’ять вимірів, які можна параметризувати п’ятьма координатами: одна описуватиме місце контакту на поверхні об'єкта, інша стан контакту вже на поверхні руки робота, а також необхідно врахувати кут обертання між вісями маніпулятора. Так вчені об’єднали кінематику кочення м’ячика з рівняннями динаміки Ньютона-Ейлера для маніпуляторів, де відправною точкою є баланс сил в системі. Їхня формула дає змогу побачити, чи задовольняє ваш робот силовим обмеженням від зчеплення або тертя.
Як справився маніпулятор?
Щоб експериментально випробувати свої динамічні рівняння, інженери створили примітивний маніпулятор з однією пласкою пластиною, яка мала втримати суцільну однорідну сферу, яку ще й спеціально підштовхували і хитали. Експериментальна установка складається з робота-маніпулятора з трьома ступенями свободи, який рухається паралельно столу. Еліпс, який він мав втримати, оснастили світловідбиваючими маркерами, які допомагали інфрачервоній камері передавати роботу свідчення.
Так на відео, представленому вченими, видно, що у режимі балансування, маніпулятору вдалося повністю зупинити хитання еліпса навіть після того, як його штовхали. Причому як в горизонтальному, так і у вертикальному положенні, об’єкт лишався непохитним.