Dextrous Robotics研发机器人利用筷子来移动盒子

Screenshot: Dextrous Robotics

抛开炒作,机器人在现阶段不一定能够进入到那么多领域的工作流程中,并立即提供大量价值。但是最近,我们(作者,以下简称我)看到一些机器人公司所涉足的领域之一是对盒子的操作,特别是使用机器人从卡车的后面卸下箱子,理想情况下,它的速度远比人类快。这对机器人来说是一项很好的任务,因为它发挥着自己的优势:可以在半结构化的、通常可以预测的环境中工作,速度、动力和精度都被高度重视,而这不是人类特别感兴趣或为之设计的工作。

这项任务的一种新颖的方法设计来自于Dextrous Robotics,这是一家由Evan Drumwright领导的Memphis TN-based的初创公司。Drumwright是GWU教授,在丰田研究所待了几年,然后在2019年与他的前学生Sam Zapolsky共同创立了Dextrous。他们提出的方法是,不需要任何吸力,或者完全不需要任何抓取器来操纵盒子。相反,他们使用的是一对移动的手臂,每一只都握着一根机械筷子。

我们基本上可以用筷子拿起任何东西。如果你对使用筷子很在行,你可以夹起一粒一粒的米饭,你也可以夹起比筷子相对大的东西。但发挥你的想象力,如果你有一个能用筷子操作东西的机器人,那不是很酷吗?

—Evan Drumwright

这当然很酷,但是为什么使用筷子来操纵盒子是个好主意呢?当然了!筷子的好处在于,它真的可以夹持几乎任何东西(即使你把它放大),这使得它在形状、大小和重量差异很大的有限空间里特别有价值。它们也很适合操纵,能够精确地推动和重新定位物体。虽然灵巧最初专注于拖车卸载任务,不过,具有这种额外的操纵能力将允许他们考虑未来更困难的操纵任务,如拖车装装载等。

尽管灵巧的筷子技术有一些明显的优点,但也有缺点,最大的缺点可能是使用这样的操作技术要困难得多。“任何人都会告诉你,筷子方法的缺点是,你需要一些复杂的控制软件才能操作,”Drumwright告诉我们,“但这也是我们要考虑并设计的一部分:不仅是一个聪明的硬件设计,还有操作它的软件。”

同时,到目前为止,我们在这一领域的其他公司所看到的是,在箱子搬运方面,吸入系统的使用相当一致。如果你有一个平坦的,不透水的表面(和大多数盒子一样),吸力可以快速可靠地工作,并且用最少的消耗。然而,吸力限制了操作的形式,因为它本身就很粘,这意味着要精确地做任何事情都很困难和/或耗时。吸力的其他问题包括它对温度和湿度的敏感性,以及你需要根据你预期必须处理的最大和最重的事情来设计吸力阵列的事实。最后一件事是一个特别的问题,因为如果你还想操纵更小的物体,你只能用一个比你想象的要大得多的吸力阵列。这并不是说吸力在所有情况下都是低劣的,Drumwright欣然承认,对于某些特定的任务,吸力可能是一个很好的选择。但是筷子的操作,如果一切正常,无疑将是更加多功能的。

Photo: Dextrous RoboticsDextrous Robotics co-founders Evan Drumwright and Sam Zapolsky.

我认为大自然给予我们双手是有原因的。ature knows how to design suction devices—bats have it, octopi have it, frogs have it—and yet we have hands. 为什么呢?手是最好的工具。我个人认为,基于数十亿年的进化可以证明这一切。所以,这就是我们走这条路的原因,这项技术将获得胜利。

—Evan Drumwright

Dextrous的一部分诀窍是强调模拟。硬件是很难的,所以在理想情况下,你要做一件第一次就可以完成工作的东西,而不是一次又一次的迭代。在第一次尝试时就将其完美化可能是不现实的,但事先模拟的效果越好,就越接近。“我们所能做的是建立我们的整个规划感知和控制系统,这样它看起来就像在真实的机器人上运行的代码一样。”Drumwright表示,“当我们在模拟机器人上运行某个东西时,95%的时间与现实相符,这是史无前例的,Dextrous能够自信地模拟他们的系统如何执行,即使是在众所周知的棘手条件下来模拟,如接触和粘滞。”这个想法的最终结果将是一个系统,可以更快地开发,并同时执行更复杂的任务 —— 比其他解决方案更好。

我们还想知道为什么这个系统使用的是光滑的圆形筷子,而不是像方形截面的筷子,也许是内表面有更高摩擦力的东西?Drumwright解释说,“目前这种设计的优点是它围绕旋转轴对称,这意味着你只需要5个自由度就可以完全控制它。这实际上意味着事情可以变得简单很多。控制算法变得简单,逆运动学算法变得简单,重要的是我们需要驱动机器人的电机数量减少了。”

Screenshot: Dextrous RoboticsSimulated version of Dextrous Robotics’ hardware.

18个月前,Dextrous公司获得了种子基金,从那时起,他们一直在为自己的系统开发软件和硬件,并找到时间获得NSF SBIR第一阶段的资助。上面的屏幕截图显示了他们正在努力的硬件模拟(两个塔上的筷子操纵器可以横向移动),而Franka Panda手臂则是他们在此期间用来验证软件的工具。新的硬件应该很快完成,在未来一年,Dextrous期待着与真正的客户展开付费试点工作。

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