機(jī)器人使用3D相機(jī)，抓手和力傳感器構(gòu)建宜家家具

Date：2018-05-15 08:17:53

     對(duì)于工人來說，組裝家具是一件極其簡(jiǎn)單的工作，但如何讓機(jī)器人來組裝家具那就是一件比較復(fù)雜的事了。 經(jīng)過三年的研究，來自南洋理工大學(xué)的機(jī)械和航空航天工程學(xué)院已經(jīng)開發(fā)出一種自動(dòng)化家具組裝機(jī)器人，該機(jī)器人由兩個(gè)機(jī)械臂和夾具以及一個(gè)3D攝像頭組成。上個(gè)月，由FranciscoSuárez-Ruiz博士，大學(xué)校友Xian Zhou和助理教授Quang-Cuong Pham組成的NTU團(tuán)隊(duì)在科學(xué)機(jī)器人雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于他們的機(jī)器人結(jié)果的論文，標(biāo)題為“機(jī)器人如何制造宜家椅子？“這些研究得到了新加坡教育部、新加坡 麻省理工學(xué)院研究與技術(shù)聯(lián)盟（SMART）以及南洋理工大學(xué)（NTU）創(chuàng)新和企業(yè)部門NTUitive的資助。

      “對(duì)于一個(gè)機(jī)器人來說，把這樣精確的宜家椅子放在一起看起來更復(fù)雜。裝配的工作可能是人類自然產(chǎn)生的，必須分解成不同的步驟，例如確定不同的椅子部件的位置，抓住零件所需的力，以及確保機(jī)器人臂不會(huì)碰撞到每個(gè)部件其他。通過相當(dāng)大的工程努力，我們開發(fā)了算法，使機(jī)器人能夠采取必要的步驟自行組裝椅子，“Pham教授解釋說?！拔覀兿Ｍ麑⒏嗟娜斯ぶ悄芗傻竭@種方法中，使機(jī)器人更具自主性，以便通過人類演示或閱讀說明手冊(cè)，甚至從組裝產(chǎn)品的圖像中了解組裝椅子的不同步驟?！?/span>
     在短短8分55秒的時(shí)間內(nèi)，這款機(jī)器人就由現(xiàn)成的零件制成，能夠組裝一把宜家經(jīng)典的Stefan椅子，由松木制成包括找到所有部件并獨(dú)立計(jì)劃其運(yùn)動(dòng)路徑。那么南大團(tuán)隊(duì)是如何設(shè)法建立一個(gè)能夠完成任務(wù)的機(jī)器人？機(jī)器人專門設(shè)計(jì)用來模擬人們用來放置物體的“硬件”，手臂是工業(yè)的六軸運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，兩個(gè)平行的抓手用于拾取物體，兩個(gè)手腕用力傳感器，因此機(jī)器人知道它抓住的東西有多強(qiáng)，并推動(dòng)它與另一個(gè)物體接觸。眼睛是一個(gè)詳細(xì)的3D相機(jī)。
[照片：約翰尼瓊斯，Alamy，通過紐約人]

       首先，機(jī)器人將部件的3D照片展開，以便快速處理他們?cè)诘孛嫔瞎烙?jì)位置的可靠地圖。根據(jù)NTU的說法，這有助于復(fù)制“人類解放后的混亂環(huán)境，并準(zhǔn)備將自己制作的座椅放在一起”。來自三個(gè)開源庫的編碼算法，由團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，幫助機(jī)器人用“雙手”計(jì)劃一個(gè)快速，無碰撞的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)“雙手”也集成了觸覺和視覺感知。機(jī)器人手臂用于抓取碎片和執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)的力量，如插入那些小木塞，必須加以調(diào)整。正如Pham教授所解釋的那樣，這很難做到，因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人在精確定位上比在力量調(diào)節(jié)方面更好。

      機(jī)器人手腕上的力傳感器始終如一地幫助機(jī)器人，準(zhǔn)確地拾取這些部件，并沿著表面滑動(dòng)插頭以找到這些孔并將其插入。雖然想要建造我的家具的機(jī)器人確實(shí)很有吸引力，它被用來研究和探索一個(gè)被稱為靈巧操縱的機(jī)器人領(lǐng)域，它需要精確的力量控制，并且在對(duì)象操縱中類似于人類，因?yàn)樗鼘?shí)際上有特殊的機(jī)器人手指。

    Pham教授表示，直到目前為止，靈巧操縱的自主演示只能用于更多“基本任務(wù)”。“一個(gè)原因可能是人類環(huán)境中復(fù)雜的操作任務(wù)需要許多不同的技能，”Pham教授解釋說。 “這包括能夠繪制物品的確切位置，規(guī)劃無碰撞的運(yùn)動(dòng)路徑，并控制所需的力量。在這些技能之上，你必須能夠管理他們之間復(fù)雜的相互作用。“

      現(xiàn)在他們已經(jīng)達(dá)到了展示機(jī)器人建立宜家椅子能力的目標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)正在與各家公司合作，將這種類型的操作應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)。例如，他們目前正在為機(jī)器人準(zhǔn)備用于玻璃粘接的工作，這在汽車應(yīng)用中很有用。

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