أداة جديدة تحسّن مشغلات الروبوتات في خطوط الإنتاج

فريق في جامعة واشنطن طور أداة جديدة يمكنها تصميم مشغل قابل للطباعة ثلاثية الأبعاد ومحاسبة أفضل مسار لالتقاط كائن.

تم اختبار النظام على 22 كائنًا مختلفًا، بما في ذلك كتلة باب مدفوعة ومضرب تنس وثقب، وأثبت أنه ناجح ل 20 من الكائنات.

البحث من المقرر تقديمه في 11 أغسطس في SIGGRAPH 2022.

أدريانا شولتز هي المؤلف الرئيسي وأستاذ مساعد في جامعة واشنطن في مدرسة بول ج. آلن للهندسة والحاسوب.

إنشاء أدوات مخصصة لخطوط الإنتاج

“لا تزال معظم المنتجات التي ننتجها تتم بفضل خطوط التجميع، وهي رائعة ولكنها أيضًا صلبة جدًا. أظهرت الجائحة لنا أننا بحاجة إلى طريقة سهلة لإعادة توجيه هذه خطوط الإنتاج،” قال شولتز. “فكرنا في إنشاء أدوات مخصصة لهذه الخطوط. هذا يعطينا روبوتًا بسيطًا يمكنه أداء مهمة واحدة باستخدام مشغل معين. وعندما أغير المهمة، أستبدل فقط المشغل.”

تم تصميم الكائنات تقليديًا لتتناسب مع مشغل معين، منذ أن لا يمكن للمشغلات السلبية التكيف مع الكائن الذي يتم حمله.

جيفري ليبتون هو مؤلف مشارك وأستاذ مساعد في قسم الهندسة الميكانيكية.

“المشغل السلبي الأكثر نجاحًا في العالم هو مشابك الرافعة الشوكية. ولكن التبادل هو أن مشابك الرافعة الشوكية تعمل جيدًا فقط مع أشكال معينة، مثل الرفوف، مما يعني أن أي شيء تريد حمله يجب أن يكون على رفوف،” قال ليبتون. “هنا نقول ‘نحن لا نريد تحديد هندسة المشغل السلبي مسبقًا.’ بدلاً من ذلك، نريد أخذ هندسة أي كائن وتصميم مشغل.”

هناك العديد من الإمكانيات المختلفة للمشغل، وغالبًا ما ترتبط شكله بمسار ذراع الروبوت لالتقاط الكائن. عندما يتم تصميم المشغل بشكل غير صحيح، يخاطر بالاصطدام بالكائن عند محاولة حمله، وهو ما حاول الفريق حلّه.

ميلين كودنونغبوا هو المؤلف الرئيسي وكان طالبًا في جامعة واشنطن في مدرسة آلن في وقت البحث.

“النقاط التي يلمس فيها المشغل الكائن هي أساسية لتحقيق استقرار الكائن في الإمساك. نسمي هذه المجموعة من النقاط ‘تكوين الإمساك،'” قال كودنونغبوا. “أيضًا، يجب أن يلمس المشغل الكائن في تلك النقاط المعينة، ويجب أن يكون المشغل كائنًا صلبًا يربط النقاط بالذراع الروبوتية. يمكننا البحث عن مسار إدراج يلبي هذه المتطلبات.”

تصميم مشغل جديد ومسار

لتصميم مشغل جديد ومسار، يقدم الفريق الحاسوب أولاً بنموذج ثلاثي الأبعاد للكائن وتوجهه في الفضاء.

“أولًا، يولد خوارزميتنا تكوينات إمساك ممكنة وترتيبها حسب الاستقرار وبعض المقاييس الأخرى،” قال كودنونغبوا. “ثم يأخذ الخيار الأفضل ويتوافق معه للعثور على ما إذا كان مسار إدراج ممكنًا. إذا لم يتمكن من العثور على واحد، فإنه ينتقل إلى التكوين التالي في القائمة ويحاول التوفيق مرة أخرى.”

يخرج الحاسوب تعليمات من نوعين عندما يجد تطابقًا جيدًا. الأولى هي لطابعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء المشغل، والثانية هي لمسار الذراع الروبوتية بعد طباعة المشغل وتثبيته.

قام الفريق باختبار الطريقة الجديدة على كائنات مختلفة.

يان غود هو مؤلف مشارك وطالب دكتوراه في قسم الهندسة الميكانيكية.

“كنا أيضًا قد صممنا كائنات ستكون تحديًا للروبوتات التقليدية، مثل الكائنات ذات الزوايا الضحلة جدًا أو الكائنات الداخلية، حيث يجب حملهم بإدخال مفتاح،” قال غود.

أجرى الفريق 10 اختبار لالتقاط 22 شكلًا. ل 16 شكلًا، نجح جميع عمليات الالتقاط العشرة. كانت معظم الأشكال لها على الأقل نجاح واحد، ولم تنجح اثنتان.

حتى بدون أي تدخل بشري، طور الخوارزمية نفس الاستراتيجيات الخاطفة للكائنات المشابهة الشكل. هذا دفع الباحثين إلى الاعتقاد بأنهم قد يكونون قادرين على إنشاء مشغلات سلبية تلتقط فئة من الكائنات بدلاً من كائن معين.