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。

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。

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。

Mobile use at changing locations

The system has its entire power supply on board: the battery for the arm and robot sits inside the body. The compressed air cartridge for the pneumatic hand is installed in the upper arm. This means that the robot is not only mobile, it can also move autonomously.

The algorithms stored on the master computer also control the autonomous movements of the system. With a view to the future, they plan how the arm and the ball must move in order to reach certain target points while maintaining balance. With the help of two cameras, the robot orients itself independently in space: one camera searches for predefined fixed points in the environment to position itself autonomously, while a second camera uses the ceiling structure to estimate movement.

Its mobility and autonomous energy supply enable the BionicMobileAssistant to be used flexibly for different tasks at changing locations – in line with the constantly changing production environment.

Versatile application possibilities

The system would be predestined for use as a direct assistant to humans, for example as a service robot, as a helping hand in assembly or to support workers in ergonomically stressful or monotonous work. It could also be used in environments where people cannot work, for example due to hazards or limited accessibility.

Hand in hand with humans

Thanks to its modular concept, the BionicSoftHand 2.0 can also be quickly mounted and commissioned on other robot arms. Combined with the BionicCobot or the BionicSoftArm, the gripper forms, for example, a completely pneumatic robot system that can work hand in hand with humans due to its inherent flexibility.