Onderzoekers van het Toyota Research institute hebben robotgrijpers ontwikkeld die voorzichtig een voorwerp kunnen oppakken op basis van sensoren, die onder meer kunnen ‘voelen’ of een voorwerp uit de grijpers glijdt. In tegenstelling tot veel andere robothanden zijn hierbij volgens de onderzoekers geen externe camera’s nodig.
Al meer dan een halve eeuw zijn er in toekomstvisies robots die als huishoudhulp dienen. Maar ondanks vele jaren van ontwikkeling op het gebied van robotica, met uitzondering van enkele elementaire taken zoals vloerstofzuigen, blijft de droom van de huisrobot onvervuld.
Breder denken
Toyota Research Institute (TRI) werkt eraan om dat allemaal te veranderen. Dit heeft verreikende gevolgen voor de samenleving die verder gaan dan de wens om schone en opgeruimde huizen te hebben. Als we breder denken, worden samenlevingen over de hele wereld ouder en staan gezinnen voor moeilijke keuzes om voor oudere familieleden te zorgen. Robotassistenten hebben het potentieel om veel meer te doen dan alleen schoonmaken. Ze kunnen ook mensen met een handicap of leeftijdsgerelateerde problemen helpen, zodat ze onafhankelijk, waardig en blij kunnen ouder worden.
Helpende handen
Als onderdeel van haar werk om een huishoudelijke robot te maken, richt TRI zich op het innoveren van de ‘helpende handen’ van de machine. De handen van een huishoudelijke robot (ook wel manipulatoren of grijpers genoemd) moeten een breed scala aan huishoudelijke voorwerpen hanteren om nuttig te zijn. Deze manipulatoren moeten in staat zijn tot stabiele grijpen, nauwkeurige plaatsing en veilige interacties tijdens onbedoeld contact. Om betaalbaar te zijn als onderdeel van een huishoudelijke robot, moet de grijper ook goedkoop zijn. De ingenieurs van TRI hebben een manipulator ontworpen met al deze mogelijkheden, de Soft Bubble Gripper.
Tastzin
De Soft Bubble Gripper bouwt voort op eerdere prestaties van het TRI Manipulation Team. Eerder grepen de robots van TRI objecten, sorteerden ze en plaatsten ze zelfs op de juiste manier in een vaatwasser met conventionele grijpers met twee vingers, geleid door externe camera’s. De grijpers vertrouwden op deze externe camera’s om hun werk te doen. Met andere woorden, ze hadden geen tastzin.
Laterale krachten
Nu heeft TRI een manier gevonden om deze huisrobots een beter vermogen te geven om hun werk te voelen met zachte grijpers die zowel passief objecten beter vasthouden als actief voelen hoeveel kracht er wordt uitgeoefend. Het belangrijkste is dat de zachte grijpers nauwkeurig de laterale kracht meten – wat aangeeft wanneer een object op het punt staat uit de greep van een grijper te glippen.
Krachten
Het ontwikkelingsteam van de grijper wordt geleid door Alex Alspach, die gebruik maakte van zijn achtergrond in de ontwikkeling van zachte robots om het nieuwe grijperontwerp te bedenken, en Naveen Kuppuswamy, die algoritmen formuleerde om het te gebruiken. Samen met het Tactile Team van TRI hebben ze technologie ontwikkeld die gebruik maakt van de robuuste en meegaande aard van met lucht gevulde, elastische bellen voor het vastgrijpen met detectie van camera’s aan de binnenkant. De camera’s laten zien wat er gebeurt vanuit een nieuw perspectief binnen de greep, inclusief krachten die meestal onzichtbaar zijn.
Ontwerpen
Alspach en Kuppuswamy herhaalden hun ontwerp, voortbouwend op een oeuvre geïnitieerd door andere onderzoeksorganisaties. Vroege ontwerpen gebruikten een robotarm met een enkele, grote, ronde, zachte luchtbel op de eindeffector die vervolgens overging in twee armen (ook bekend als ‘grote vingers’) voor behendige, tactielgestuurde taken zoals het blindelings sorteren van objecten en het vastdraaien van een moer op een gigantische bout. Nu gebruiken ze een enkele arm met twee kleinere vingers, elk met een zachte koepel die alle voordelen van compliant grijpen combineert met real-time, real-world tactiele detectie.
Vorderingen
De bellen voelen vormen en krachten aan en herkennen het voorwerp dat ze vastgrijpen, evenals de krachten tussen het voorwerp en de vingers. Maar geen van deze vorderingen zou ons dichter bij het realiseren van huishoudelijke robots brengen als de kosten daarvoor onbetaalbaar zouden zijn. Dus het team besteedde veel aandacht aan de materiaalkosten en ontwierp de Soft Bubble Gripper met goedkope materialen om dat obstakel te elimineren.
