Роборука навчилася жонглювати і втримала овальний м’ячик
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.
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.