BionicMobileAssistant:带有气动抓手的移动机器人系统

BionicMobileAssistant

带有气动抓手的移动机器人系统

BionicMobileAssistant 在空间中自主移动,能够独立识别物体,自适应抓取物体,并可与人类协作。所获取的信息由一个神经网络处理,该神经网络使用数据扩充预先进行过训练。

未来,工人和机器人将会越来越紧密地合作。出于这个原因,Festo・一直在深入研究一些系统,例如,可以让人们减少单调或危险活动同时不会带来任何风险的系统。人工智能在这里起着核心作用。

模块化辅助系统

Festo・与苏黎世联邦理工学院合作开发了・BionicMobileAssistant,它由三个子系统组成:一个移动机器人、一个电动机器臂和・BionicSoftHand・2.0。气动抓手受人手启发,是・2019・款・BionicSoftHand・的升级版。

DynaArm:具有高功率密度的动态机器臂

有了电动机器臂・DynaArm,便可实现快速、动态的运动。这是由其轻量化设计保证的,高度集成式驱动器模块仅重・1・千克。在这些所谓的・DynaDrive・中,电机、减速机、电机控制电子设备和传感器安装在非常小的空间内。此外,机器臂具有高功率密度,在・60・牛米的驱动扭矩下为・1・千瓦,远远超过传统工业机器人。

借助基于模型的力控制和补偿动态效应的控制算法,机器臂可以很好地对外部影响作出反应,从而非常灵敏地与环境互动。它由球轮机器人通过・EtherCAT・通信总线进行控制。得益于模块化设计,DynaArm・可快速投入运行并易于维护。

球轮机器人:带特殊驱动器的移动机器人应用

球轮机器人基于一个复杂的驱动技术:它在一个由三个全向轮驱动的球上保持平衡。这使得・BionicMobileAssistant・可以向任何方向移动。机器人一次只能以一点式接触地面,因此可以导航通过狭窄的通道。为了保持平衡,它必须不断运动。运动的规划和协调是通过存储在球轮机器人体内的强大计算机上的规划和控制算法来实现的。

机器人的稳定性完全是动态实现的——在受到外部影响的情况下,球轮机器人可以快速让球旋转,从而保持平衡。它通过惯量测量单元装置和车轮上的位置编码器,记录其运动和系统的相对倾斜度。基于这些数据,优化程序可以计算机器人和手臂必须如何移动才能将手带到目标位置,同时稳定机器人。

可靠的辅助系统:球轮机器人、DynaArm 和 BionicSoftHand 2.0 协同工作

可靠的辅助系统:球轮机器人、DynaArm 和 BionicSoftHand 2.0 协同工作

气动机器手的手指由带有气腔的柔性波纹管结构组成,表层覆盖着坚固且柔韧的纺织物。这使得机器手轻巧、灵活、适应性强和灵敏,同时也能够施加强大的力量。与・2019・款・BionicSoftHand・一样,气动手指也通过一个带有压电阀的紧凑型阀岛进行控制,该阀岛直接安装在手上。

通过指尖触觉灵敏度微调抓手

这只机器手戴的手套,在指尖、手掌和机器手的外部都有触觉力传感器。这样,它们就能感觉到要抓取的物体有多硬,手感如何,并针对该物体调整抓力——就像我们人类一样。此外,深度摄像头位于手腕内侧,用于视觉物体检测。

BionicSoftHand 2.0

利用神经网络进行物体检测

借助摄像头拍摄的图像,即使各种物体被部分覆盖住,机器手仍可识别和抓住它们。例如,经过适当的训练后,机器手还可以根据记录的数据评估物体,从而对物体进行鉴别。信息由神经网络处理,而神经网络使用数据扩充预先进行过训练。

通过数据扩充来扩展数据集

为了获得尽可能好的结果,神经网络需要大量的信息来进行自我训练。这意味着训练图像越多,它就越可靠。因为这通常很耗时,所以自动扩充数据库是个好主意。

这个过程被称为数据扩充。通过略微修改一些源图像(例如,不同的背景、照明条件或视角)并复制它们,系统可以获得一个使用其能够独立工作的综合数据集。

来往不同地点移动使用

该系统的全部电源都在板上:手臂和机器人的电池均为内置。气动手的压缩空气连接安装在上臂。这意味着机器人不仅可以移动,还可以自主移动。

存储在主计算机上的算法也对系统的自主运动进行控制。未来,这些算法将确定手臂和球必须如何移动才能达到某些目标点,同时保持平衡。借助两个摄像头,机器人在空间内独立进行定位:一个摄像头在环境中搜索预先定义的固定点来自主定位,而另一个摄像头则使用空间顶部结构来估计运动。

其移动性和自主能源供应使・BionicMobileAssistant・能够灵活地在不同地点执行不同任务,以适应不断变化的生产环境。

多种应用可能性

该系统注定要用作人类的直接助手,例如作为服务机器人,作为装配助手,或者帮助工人从事强度大、压力重或单调的工作。它也可以用在由于危险或有限的可及性等因素导致人类无法工作的环境中。

与人类携手协作

得益于模块化概念,BionicSoftHand・2.0・也可以快速安装在其他机器臂上并进行调试。例如,搭配・BionicCobot・或・BionicSoftArm,抓手就形成了一个完全气动的机器人系统,由于其固有的灵活性,该系统可以与人类协同工作。