BionicMobileAssistant

BionicMobileAssistant

带有气动抓手的移动机器人系统  

BionicMobileAssistant可在空间中自主移动,并且可以独立识别物体,自适应抓持,并与操作人员展开协作。预先经过数据增强训练的神经网络负责对所记录的信息进行处理。

 

未来,工人和机器人将越来越紧密地合作。因此,费斯托对能够例如减轻员工在单调或危险任务中的负担,同时不会造成风险的系统予以进一步深入研究。人工智能在其中起着核心作用。

模块化辅助系统

通过与苏黎世联邦理工学院合作,我们打造出BionicMobileAssistant,它由三个子系统组成:移动机器人、电动机器人手臂和BionicSoftHand 2.0。这款气动抓手的灵感来自人手,而且是对2019年BionicSoftHand的进一步开发。

DynaArm:具有高功率密度的动态机器人手臂

使用电动机器人手臂DynaArm可以实现快速动态的运动。轻巧的设计以及仅重一公斤的高度集成驱动器模块使之成为可能。在这些所谓的DynaDrives中,发动机、变速箱、发动机控制电子设备和传感器安装在很小的空间中。此外,该手臂具有很高的功率密度,在1 kW功率下提供60 Nm驱动扭矩,功率密度远超普通工业机器人。

得益于基于模型的力控制,以及可以补偿动态影响的控制算法,手臂能够很好地应对外部影响,从而与周围环境极为敏感地互动。它由Ballbot借助EtherCAT通信总线获得控制。得益于其模块化结构,DynaArm可以快速轻松地投入运行。

Ballbot:具有特殊驱动器的移动机器人应用

Ballbot以一种复杂的驱动概念——平衡于由三个万向轮驱动的球体之上——为基础。这使BionicMobileAssistant可以在任何方向上移动。机器人仅在某一点接触地面,因此可以在狭窄的通道中穿行。为了保持平衡,它必须不断移动。规划和控制算法负责动作的规划和协调,并存储在Ballbot主体中功能强大的计算机中。

纯动态方式确保机器人的稳定性,在外部影响下,Ballbot可以快速使球开始旋转,从而保持其平衡。借助于车轮上的惯性测量单元和位置编码器,Ballbot能够记录其运动和系统的相对倾角。优化程序使用这些数据来计算机器人和手臂必须如何移动,才能将抓手置于目标位置,并同时保持机器人的稳定。

气动机械手的手指由带有空气腔室的柔性波纹管结构组成,这些波纹管结构被包裹在牢固而柔软的针织物中。由此,机械手轻巧、适应性强、敏锐,却又强壮有力。与2019的BionicSoftHand一样,气动手指也通过带有压电阀的紧凑型阀岛进行控制,该阀岛直接与机械手相连。

敏感而精准的抓手

机械手戴着手套,手套的指尖、手掌和机械手外部带有触觉力传感器。由此,手套可以感觉到要抓握的材料有多坚硬,以及是否已抓稳,并且可以根据相应物体调整抓握力——与人类一样。此外,手腕内侧带有一个深度摄像头,用于对物体进行视觉检测。

请点击图片,以便在新窗口打开带有标签的图像。
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使用神经网络进行物体识别

借助摄像机图像,即使被部分遮盖,机械手也可以识别并抓住不同物体。获得适当的训练后,机械手还可以使用已记录的数据来评估物体,例如区分好与坏。预先经过数据增强训练的神经网络负责对信息进行处理。

通过数据增强获得广泛的数据集

为了取得最佳结果,神经网络需要大量可用于定向的信息。这意味着:它可获得的训练图像越多,就越可靠。由于这通常十分耗时,因此建议自动扩充数据库。

此过程称为数据增强。通过略微更改某些原始图像(例如不同背景、照明条件或视角)并进行复制,该系统可接收到广泛的数据集,并对其予以独立使用。

  • BionicMobileAssistant

    安全辅助系统:Ballbot、DynaArm与BionicSoftHand 2.0视频

  • BionicMobileAssistant

    视觉物体识别:手腕上的深度摄像头

  • BionicMobileAssistant

    数字化学习以数据增强训练神经网络

  • BionicMobileAssistant

    安全移动:即使被推撞,Ballbot也会自我平衡而不会摔倒。

  • BionicMobileAssistant

    最佳牵引力:三个万向轮同样分别由DynaDrive驱动。

  • BionicMobileAssistant

    自主导航:使用两个摄像头确定空间方位

  • BionicMobileAssistant

    移动压缩空气供应:用于气动机械手的压缩空气盒安装在上臂中。

  • BionicMobileAssistant

    模块化概念:BionicCobot上的BionicSoftHand 2.0

在不断变化的位置上进行移动应用

该系统机载所有能源供应装置:手臂和机器人的电池位于机身内。用于气动机械手的压缩空气盒安装在上臂中。这意味着机器人不仅可以移动,还可以独立移动。

存储在主计算机上的算法同时负责控制系统的自主运动。这些可以前瞻性规划手臂和球体如何运动才能抵达某些目标点,同时保持平衡。借助两台摄像头,机器人可在房间中独立定位:一台摄像头在该区域中搜索预定义的固定点,以对其进行绝对定位,而另一台摄像头则使用天花板结构来评估运动。

其移动性和自给自足的能源供应特性使BionicMobileAssistant能够灵活用于位置不断变换的不同任务——完全满足多变生产流程的需求。

多种应用领域

此系统非常适合用作操作人员的直接助手,例如服务机器人、组装帮手或为承担不符合人体工程学或单调工作任务的工人提供支持。它同样可以用于人类无法在其中工作的环境中,例如具有危险或不便于进出的工作区域。

与人员携手合作

由于采用了模块化概念,BionicSoftHand 2.0也可以快速安装在其他机器人手臂上,并投入使用。通过与BionicCobotBionicSoftArm整合,抓手可以升级为完整气动机器人系统,得益于其固有灵活性,可与人类携手合作。