أداة جديدة تحسن أجهزة الإمساك الروبوتية المستخدمة في التصنيع

طور فريق في جامعة واشنطن أداة تصمم جهاز إمساك سلبياً قابلاً للطباعة ثلاثية الأبعاد وتحسب أفضل مسار لالتقاط جسم، مما قد يحسن روبوتات خطوط التجميع.

تم اختبار النظام على 22 كائنًا مختلفًا، بما في ذلك إسفين بشكل مصد باب وكرة تنس ومثقاب، ونجح مع20جسماً. ومن الأجسام التي التقطها الإسفين وشكل هرمي ذو فتحة مفتاح منحنية، وهي أشكال يصعب على أنواع متعددة من أجهزة الإمساك التقاطها.

البحث من المقرر تقديمه في 11 أغسطس في SIGGRAPH 2022.

أدريانا شولتز هي المؤلفة الأقدم وأستاذة مساعدة 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،” قالت شولتز. “فكرنا في إنشاء أدوات مخصصة لهذه الخطوط. هذا يعطينا روبوتًا بسيطًا يمكنه أداء مهمة واحدة باستخدام جهاز إمساك معين. وعندما أغير المهمة، أستبدل فقط جهاز الإمساك.”

تم تصميم الكائنات تقليديًا لتتناسب مع جهاز إمساك معين، منذ أن لا يمكن لأجهزة الإمساك السلبية التكيف مع الكائن الذي يتم حمله.

جيفري ليبتون مؤلف مشارك وأستاذ مساعد للهندسة الميكانيكية في جامعة واشنطن.

“جهاز الإمساك السلبي الأكثر نجاحًا في العالم هو شوكتا الرافعة الشوكية. ولكن التبادل هو أن شوكتا الرافعة الشوكية تعمل جيدًا فقط مع أشكال معينة، مثل منصات التحميل، مما يعني أن أي شيء تريد حمله يجب أن يكون على منصة تحميل،” قال ليبتون. “هنا نقول ‘نحن لا نريد تحديد هندسة جهاز الإمساك السلبي مسبقًا.’ بدلاً من ذلك، نريد أخذ هندسة أي كائن وتصميم جهاز إمساك.”

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

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

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

تصميم جهاز إمساك جديد ومسار

لتصميم جهاز إمساك 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 ويحسن الشكل والمسار معاً للتحقق من إمكان مسار إدراج. إذا لم يتمكن من العثور على واحد، فإنه ينتقل إلى التكوين التالي في القائمة ويكرر التحسين المشترك.”

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

قام الفريق باختبار الطريقة الجديدة على كائنات مختلفة.

يان غود مؤلف مشارك آخر وطالب دكتوراه في الهندسة الميكانيكية بجامعة واشنطن.

“كنا أيضًا قد صممنا كائنات ستكون تحديًا للروبوتات التقليدية، مثل الكائنات ذات الزوايا الضحلة جدًا أو الأجسام ذات الإمساك الداخلي، 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 استراتيجيات الإمساك للكائنات المشابهة الشكل. هذا دفع الباحثين إلى الاعتقاد بأنهم قد يكونون قادرين على إنشاء أجهزة إمساك سلبية تلتقط فئة من الكائنات بدلاً من كائن معين.